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JACS:首例张力环状联烯与π‑烯丙基钯络合物的可控环化反应

来源:化学加原创      2023-05-11
导读:近日,美国加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)Neil K. Garg课题组发展了首例原位产生的π-烯丙基钯络合物与高活性环状联烯中间体的环化反应。通过对反应体系中配体的调控,可以以良好的选择性分别获得两种不同的多环骨架结构。该产物是杂环的,富含sp3碳,带有两个或三个新的手性中心。此外,作者还首次实现了瞬态张力环中间体的对映选择性转化。相关成果发表在J. Am. Chem. Soc.上,文章链接DOI:10.1021/jacs.3c03102。

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.


正文

张力环联烯是一类原位生成的瞬态中间体。尽管其在50多年前就被发现,但与相关的张力中间体(苯炔、环炔烃)相比(Figure 1A),在合成界受到的关注要少得多。到目前为止,在过渡金属催化下实现捕获环联烯的例子较少。在已发展的反应过程中,催化生成的有机金属中间体5可以被瞬态的环联烯中间体6捕获,从而得到环化产物7(Figure 1B)。而这些过程均仅涉及σ-络合金属物种,如钯环8、镍环9和芳基钯物种10等。而涉及π-烯丙基钯类型的有机金属中间体的转化还未有报道。最近,美国加州大学洛杉矶分校Neil K. Garg课题组首次实现了利用原位生成的π-烯丙基钯络合物来捕获环联烯中间体,通过对反应体系中配体的调控,可以以良好的选择性分别实现两种不同的多环骨架1314的合成。此外,作者还首次对此转化的不对称版本进行了尝试(Figure 1C)。下载化学加APP到你手机,更加方便,更多收获。

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

首先,作者选择乙烯基苯并噁嗪酮15和硅基三氟甲磺酸酯16作为模板底物进行反应探索,并对条件进行了优化(Table 1)。当使用15 (3.0 equiv), 16 (1.0 equiv), Pd(PPh3)4 (5 mol%), CsF (10.0 equiv), Bu4NOTf (5.0 equiv), H2O (9.0 equiv), 在DMF (0.050 M)中70 °C反应2 h可以以65%的分离产率得到三环产物17为主要产物。此外,当变换反应催化剂为dppf Pd G3 (10 mol%)时,可以以73%的产率得到四环产物18为主要产物(Table 1, entry 6)。值得注意的是,当作者使用苯炔与苯并噁嗪酮15反应时仅能得到产物18,而并未观察到17的形成。

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

随后,作者对构建三环产物催化体系的底物兼容性进行了考察(Figure 2)。当氮原子上的保护基为Ts和Ms时均可兼容,均可以以60%的产率分别得到产物17(9.4:1 dr)和22(> 20:1 dr)。此外,芳环上的一系列取代,如甲基、卤素、甲氧基、苯基、2-噻吩基均可兼容,以38-66%的产率得到产物23-29。值得注意的是,20的氧杂衍生物和氮杂衍生物也可兼容,分别以64%和69%的产率得到产物32(1.8:1 dr)和33(1.3:1 dr)。

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

接下来,作者又对构建四环产物催化体系的底物兼容性进行了考察(Figure 3)。实验结果表明此体系具有良好的底物适用性和官能团兼容性,可以以41-70%的产率得到相应的产物35-44。一系列不同的官能团,如烷基、芳基、卤素、杂芳基、烷氧基等均可兼容。值得注意的是,得到四环产物34的环化通过形成三个新键和三个立体中心进行,且具有出色的非对映选择性(在所有情况下都有>20:1 dr)。

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

接下来,作者提出了此转化可能的反应机理(Figure 4)。首先,Pd(0)催化剂与45配位,并发生氧化加成以及释放二氧化碳得到两性离子π-烯丙基钯中间体12。随后,硅基三氟甲磺酸酯20通过氟离子介导的1,2-消除形成环联烯中间体6,并通过配体控制的区域选择性迁移插入过程分别得到π-烯丙基钯中间体4748。接下来,4748通过环化分别得到三环产物13和四环产物14

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

鉴于配体对此转化的选择性有显著的影响,作者接下来以4950为反应物,探索了实现其不对成催化过程的可能性(Table 2)。通过对一系列手性配体的筛选,作者发现当使用Mandyphos配体L8时,可以以54%的产率和70%的ee得到(−)-52(d.r. > 20:1)(Table 2, entry 8)。由于瞬态张力环中间体的对映选择性转化至今仍然非常罕见,因此此结果将会促进这一领域的进一步发展。

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

总结

美国加州大学洛杉矶分校Neil K. Garg课题组首次实现了π-烯丙基钯络合物与环联烯中间体的环化反应。通过对催化体系中配体的调控,可以以良好的选择性分别实现三环杂环和四环杂环的合成。此转化可以一步构建两根或三根化学键和两个或三个新的立体中心。此外,作者还使用手性配体发展了此转化的不对称诱导过程,这将会促进张力环对映选择性转化领域的进一步发展。

文献详情:

Dominick C. Witkowski, Matthew S. McVeigh, Georgia M. Scherer, Sarah M. Anthony, Neil K. Garg*. Catalyst-Controlled Annulations of Strained Cyclic Allenes with π‑Allylpalladium Complexes, J. Am. Chem. Soc.,2023, https://doi.org/10.1021/jacs.3c03102


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