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Angew:鐵催化的環(huán)異構(gòu)化和C-C鍵活化合成三環(huán)環(huán)丁烷衍生物

來(lái)源:化學(xué)加網(wǎng)原創(chuàng)      2022-07-25
導(dǎo)讀:近日,德國(guó)斯圖加特大學(xué)Bernd Plietker課題組報(bào)道了一種新型的環(huán)丙基取代烯炔衍生物的環(huán)異構(gòu)化(cycloisomerizations)過(guò)程,涉及將環(huán)異構(gòu)化與環(huán)丙烷中C-C鍵的活化相結(jié)合。

正文

近日,德國(guó)斯圖加特大學(xué)Bernd Plietker課題組報(bào)道了一種新型的環(huán)丙基取代烯炔衍生物的環(huán)異構(gòu)化(cycloisomerizations)過(guò)程,涉及將環(huán)異構(gòu)化與環(huán)丙烷中C-C鍵的活化相結(jié)合。其中,使用[(Ph3P)2Fe(CO)(NO)]BF4作為催化劑,在溫和的條件下合成了一系列非天然(non-canonical)三環(huán)環(huán)丁烷衍生物,具有良好的收率以及高立體控制性。

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(圖片來(lái)源:Angew. Chem. Int. Ed.

通過(guò)簡(jiǎn)單易得的起始原料,經(jīng)環(huán)異構(gòu)化策略,可直接構(gòu)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜的環(huán)化化合物。在該領(lǐng)域,化學(xué)家們主要集中在Rh-和Ir-配合物催化的研究。同時(shí),作為π-Lewis酸催化劑的Au(I)-配合物為該領(lǐng)域開辟了一個(gè)全新的方向。最近,Plietker課題組報(bào)道了一種陽(yáng)離子16-電子Fe(0)-配合物[(Ph3P)2Fe(CO)(NO)]BF42)可作為π-Lewis酸催化劑,可實(shí)現(xiàn)烯炔乙酸酯或芳基烯基酮的氧化還原中性環(huán)異構(gòu)化(eq. 1)。早在1995年,Wender或Shintani/Hayashi課題組開創(chuàng)性使用Rh-配合物實(shí)現(xiàn)環(huán)丙基取代烯炔(5)的環(huán)異構(gòu)化,獲得了形式[5+2]-環(huán)加成產(chǎn)物(eq. 2)。2006年,Echavarren課題組使用Au(I)-配合物作為π-Lewis-酸,實(shí)現(xiàn)了環(huán)丙基取代的烯炔(7)的環(huán)異構(gòu)化,獲得環(huán)異構(gòu)化-Prins-環(huán)化的稠合三環(huán)產(chǎn)物8(eq. 3)。近日,德國(guó)斯圖加特大學(xué)Bernd Plietker課題組報(bào)道了陽(yáng)離子鐵配合物[(Ph3P)2Fe(NO)(CO)]BF4催化環(huán)丙基取代烯炔的環(huán)異構(gòu)化-C-C鍵活化的策略,構(gòu)建了一系列復(fù)雜的三環(huán)n,5,4-骨架(存在于天然產(chǎn)物中,如sulcatine G或kelsoene)(Scheme 1)。

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首先,作者以環(huán)丙基取代的烯炔衍生物12作為模型底物,進(jìn)行了相關(guān)環(huán)異構(gòu)化反應(yīng)條件的篩選(Table 1)。當(dāng)以[(Ph3P)2Fe(NO)(CO)]BF42)作為催化劑,在CH2Cl2溶劑中50 oC下反應(yīng)22 h,可以80%的收率得到三環(huán)產(chǎn)物13。

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在獲得上述最佳反應(yīng)條件后,作者對(duì)底物范圍進(jìn)行了擴(kuò)展(Scheme 2)。研究表明,一系列不同取代的環(huán)丙基烯炔衍生物,均可順利進(jìn)行反應(yīng),獲得相應(yīng)的稠合三環(huán)環(huán)丁烷產(chǎn)物13-29,收率為34-98%。其中,含有鹵素、烷氧基和酰胺基取代的底物,均與體系兼容。同時(shí),當(dāng)使用多取代的高炔丙基酰胺時(shí),可以良好的收率生成四環(huán)稠合化合物29p-取代基Y的性質(zhì),對(duì)于反應(yīng)的收率有著顯著的影響(13-19 vs. 20-24)。+M-取代基,可增加產(chǎn)物13-19的收率,從而表明在炔丙基乙酸酯活化過(guò)程中需要穩(wěn)定部分正電荷,而環(huán)丙烷單元中芳基對(duì)位取代則相反(20-24)。因此,催化劑控制的環(huán)丙烷C-C鍵活化的方向,而不是碳陽(yáng)離子(Wagner-Meerwein型)開環(huán)反應(yīng)的方向。

 

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(圖片來(lái)源:Angew. Chem. Int. Ed.

由于上述產(chǎn)物13-29的形成過(guò)程,涉及環(huán)異構(gòu)化和隨后消除兩步過(guò)程,作者認(rèn)為,底物中酯基單元的改變,可能會(huì)減緩消除過(guò)程,從而獲得相應(yīng)的烯丙基乙酸酯(allylic acetate)(Scheme 3)。因此,作者合成了一系列炔丙醇酯(propargylic esters)衍生物30-37,并在標(biāo)準(zhǔn)條件下反應(yīng),均可順利反應(yīng)(除了新戊酸酯以外)。同時(shí),在反應(yīng)過(guò)程中觀察到二烯1317的快速消除(eq. 1)。為了了解鐵配合物是否催化了快速消除過(guò)程,作者在有無(wú)催化劑2的情況下進(jìn)行14的反應(yīng),分別獲得定量收率的二烯13以及未發(fā)生反應(yīng)(eq. 2)。因此,不易消除的三取代烯烴35進(jìn)行環(huán)異構(gòu)化時(shí),可以75%的收率生成非對(duì)映體純的化合物36(eq. 3)。

在過(guò)渡金屬催化的Tsuji-Trost型烯丙基化反應(yīng)中,烯丙基烷基碳酸酯具有高反應(yīng)性。與使用烯丙基乙酸酯相比,離去基團(tuán)可快速脫羧,生成相應(yīng)的醇鹽,該醇鹽充當(dāng)堿或親核試劑。令人高興的是,當(dāng)使用炔丙基烷基碳酸酯作為起始底物,可減緩消除過(guò)程,可以52%的收率獲得醚化合物40以及33%收率的二烯副產(chǎn)物17(Scheme 4)。同時(shí),當(dāng)使用三取代烯烴底物41時(shí),可以82%的收率獲得烯丙基醚化合物42

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此外,作者還對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了進(jìn)一步的研究(Scheme 5)。首先,12在標(biāo)準(zhǔn)條件下使用不同的催化劑時(shí),僅在使用AgBF4時(shí),才能獲得11%收率的產(chǎn)物13。同時(shí),使用AuCl3作為催化劑時(shí),可同時(shí)獲得化合物43與聯(lián)烯化合物44,且環(huán)丙基單元保持不變。此外,將4344在標(biāo)準(zhǔn)條件下反應(yīng),均未發(fā)生反應(yīng),從而排除了作為潛在中間體的可能性。

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(圖片來(lái)源:Angew. Chem. Int. Ed.

基于上述的研究以及相關(guān)文獻(xiàn)的查閱,作者提出了一種合理的催化循環(huán)過(guò)程(Figure 1)。首先,陽(yáng)離子鐵配合物與底物中的炔基配位,生成環(huán)丙基取代的金屬環(huán)丁烷中間體II。其次,陽(yáng)離子鐵中心促進(jìn)II經(jīng)以金屬為中心的C-C鍵的活化擴(kuò)環(huán)過(guò)程,同時(shí)釋放環(huán)張力,生成中間體III。中間體III經(jīng)1,3-Metallotropic遷移、1,2-乙酰氧基遷移以及鐵消除(deferration)過(guò)程,可生成產(chǎn)物VI和再生催化劑2,從而完成催化循環(huán)過(guò)程。

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總結(jié)

德國(guó)斯圖加特大學(xué)Bernd Plietker課題組報(bào)道了一種新型的環(huán)丙基取代烯炔衍生物的環(huán)異構(gòu)化過(guò)程,涉及將環(huán)異構(gòu)化與環(huán)丙烷中C-C鍵的活化相結(jié)合。其中,使用[(Ph3P)2Fe(CO)(NO)]BF4作為催化劑,可在溫和的條件下合成一系列稠合三環(huán)環(huán)丁烷衍生物,具有良好的收率以及高立體控制性。有趣的是,在測(cè)試的不同貴金屬類型催化劑中,只有AgBF4表現(xiàn)出相似的反應(yīng)性,盡管收率較低。


文獻(xiàn)詳情:

Frederik Kramm, Franziska Ullwer, Benedict Klinnert, Min Zheng, Bernd Plietker*. Iron-Catalyzed Cycloisomerization and C-C Bond Activation to Access Non-canonical Tricyclic Cyclobutanes. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, https://doi.org/10.1002/anie.202205169

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