化学化经济大学黎书华课题组发展了1,南开教学

作者:香港正版四不像玄机图

1,3-共轭二烯的选择性氢芳基化是一种简单、高效的合成烯丙基取代芳烃的方法,在合成化学上具有重大意义。目前,该类烯烃的氢芳基化反应往往通过渡金属催化芳烃的C-H键活化机制或金属路易斯酸催化的芳烃的傅-克烷基化机理发生。然而,这些体系通常需要较高的反应温度,并且其中涉及的碱性官能团在反应过程中往往存在兼容性的问题。因此,发展温和、高效的催化策略实现1,3-二烯的选择性氢芳基化是一个重要课题。

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最近,我校化学化工学院黎书华课题组基于量子化学计算结合实验研究发展了一种新的氢芳基化方法,利用有机硼路易斯酸和苯酚类衍生物实现1,3-共轭二烯的选择性氢芳基化反应。相关成果发表在德国应用化学杂志(Angew. Chem. Int. Ed, 2018, DOI: 10.1002/anie.201811729)。

5月27日,记者了解到,厦门大学化学化工学院叶龙武教授课题组在过渡金属催化的炔烃串联反应方面取得重要进展,相关成果“Copper-Catalyzed Cascade Cyclization of Indolyl Homopropargyl Amides: Stereospecific Construction of Bridged Aza-[n.2.1] Skeletons”在线发表于Angew. Chem. Int. Ed.。

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Tropane是600多种具有多重生物活性生物碱的核心骨架。其中,基于吲哚的Tropane骨架广泛存在于重要生物活性分子中。然而构建这类桥环骨架具有很大的挑战,几乎没有相应的不对称合成的报道。基于末端炔烃的催化环异构化引发的串联反应一直深受人们关注,并已被广泛应用于构建复杂环状分子。但是,这些串联反应主要局限于贵金属催化,且往往经历exo 环化启动的串联反应。如贵金属Au在活化末端炔烃接受分子内亲核试剂选择性进攻时通常通过exo环化启动,而相关的廉价金属如Cu催化环化反应却鲜有报道。叶龙武教授课题组近年来,通过环张力策略,发展了系列Au催化手性高炔丙胺endo 环化引发的氧化反应、还原反应、卤化反应等新型串联反应,实现了γ-内酰胺、二氢吡咯、四氢吡咯等手性五员杂环的多样性合成。

图1. B3催化的1,3-共轭二烯与苯酚的选择性氢芳基化反应

催化环异构引发的末端炔烃级联环化反应引起了广泛的兴趣,并被广泛应用于多种有价值的复杂杂环的简单合成中。然而,这些串联反应大多仅限于巢状金属催化,并通过系外环化途径引发。本文报告的是一种前所未有的由铜催化的内环-环氮引发的异丙基酰胺串联反应,其中铜同时催化了氢胺化和弗里德尔−工艺烷基化过程。该方法通过手性传递策略,实现了具有广泛底物范围、良好的非对映选择性和对映选择性的有价值桥接AzaUNK[N.2.1]骨架的实际和原子经济合成。此外,这种新型级联环化的机理也得到了控制实验的有力支持,这与相关的金催化有明显的不同。

该工作中,理论计算发现B3与苯酚缔合形成的路易斯酸碱复合物I能够显著增强苯酚的酚羟基酸性,可将1,3-共轭二烯质子化,进而发生亲电烷基化反应并生成相应的氢芳基化产物4aa 。与其它竞争反应通道(如共轭二烯的二聚、产物的分子内环化等)相比,选择性生成1,2-氢芳基化产物是动力学有利的。后续实验条件的优化,以及同位素标记等实控制实验验证实了理论计算提出的机理。进一步的底物研究表明,以B3为催化剂,可以很方便地实现一系列1,3-共轭二烯和苯酚的氢芳基化反应。该方法也能实现克级规模的合成,得到的产物‒烯丙基苯酚类衍生物可进一步发生分子内环合反应,生成苯并四氢吡喃或苯并呋喃等衍生物。此外,作者还将该方法被成功地应用于复杂药物相关分子的结构修饰。

最近,课题组以简单易得的手性吲哚取代高炔丙胺为底物,实现了Cu催化的endo环化引发的串联反应,高效构建了系列合成上非常有用的手性氮杂-[n.2.1]桥环骨架。该反应具有以下特点:

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反应底物适用性很广,适用于各种吲哚骨架,且对苯并噻吩、苯并呋喃、噻吩甚至是苯环底物都有很好的兼容性;

图2. 假设的B3催化的1,3-共轭二烯与苯酚的选择性氢芳基化反应机制

该反应具有很高的对映选择性和非对映选择性,底物的手性可完全转移至产物中;

化学化工学院黎书华教授为该工作的通讯作者,化学化工学院王国强博士和博士生高留洲为该文章共同第一作者,程旭教授参与了论文的指导工作。该研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。

该类桥环产物通过几步简单的化学转化即可实现多个生物活性分子的不对称合成。

(化学化工学院 科学技术处)

机理研究表明该反应很可能先生成炔铜中间体,随后发生分子内氢胺化反应和付-克烷基化反应。而若使用贵金属Au和Pt作催化剂,反应主产物则是吲哚3号位直接进攻炔烃的马氏加成产物。

该研究工作历时3年,主要由叶龙武课题组2018级博士生檀同德完成,还得到课题组其他研究生和本科生协助。郑南峰课题组博士生邓国诚协助完成单晶测试。研究工作得到国家自然科学基金委、厦门大学校长基金、教育部长江学者和创新团队发展计划等资助。

本文由2019年香港四不像正版发布,转载请注明来源

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