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Chen-Mapp重排

Chen-Mapp重排


概要

Chen-Mapp重排 (Chen-Mapp rearrangement)又稱為[3,3]-phosphorimidate重排或[3,3]-氮雜-磷雜-氧雜-Cope重排 ([3,3]-aza-phospha-oxa-Cope rearrangement)[1],是allylic phosphorimidate或propargylic phosphorimidate (通常由烯丙醇或炔丙醇與有機膦或亞磷酸酯及有機疊氮化合物原位反應(yīng)生成[2]-[3])在加熱[1]或過渡金屬鈀催化[4]-[7]條件下進行的分子內(nèi)[3,3]-σ-重排過程,生成phosphoramidate的反應(yīng)。該反應(yīng)在2004年由美國Michigan大學(xué)化學(xué)與醫(yī)藥化學(xué)系 (Departments of Chemistry and Medicinal Chemistry, University of Michigan)的B. Chen與A. K. Mapp首次報道[1]。

2004年,R. A. Batey采用鈀催化劑參與該重排,使反應(yīng)可以在較為溫和的條件下進行,并獲得良好產(chǎn)率[5]。

2004年,R. A. Batey研究組采用手性N, N′-二甲基環(huán)己二胺輔基,成功實現(xiàn)反應(yīng)的非對映選擇性控制[6]。

同時,R. A. Batey采用手性催化劑COP(chiral cobalt oxazoline palladacycles)-Cl,成功實現(xiàn)N-保護型烯丙胺的對映選擇性合成[6]。

2010年,A. K. Mapp將底物擴展至propargylic phosphorimidate,成功完成了聯(lián)烯基酰胺 (allenamide)的合成[7]。

目前,該反應(yīng)廣泛應(yīng)用于各種N-保護型烯丙胺 (N-protected allylic amines)與聯(lián)烯基酰胺類化合物的合成,而N-保護型烯丙胺、烯丙胺與聯(lián)烯基酰胺類化合物是有機合成方法學(xué)研究及天然產(chǎn)物全合成的關(guān)鍵砌塊[8]-[19]。

基本文獻

[1] Chen, A. K. Mapp, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5364. doi: 10.1021/ja0490469.

[2] G. Gololobov, I. N. Zhmurova, L. F. Kasukhin, Tetrahedron 1981, 37, 437. doi: 10.1016/S0040-4020(01)92417-2.

[3] G. Gololobov, L. F. Kasukhin, Tetrahedron 1992, 48, 1353. doi: 10.1016/S0040-4020(01)92229-X.

[4] Chen, A. K. Mapp, J. Am. Chem. Soc.2005, 127, 6712. doi: 10.1021/ja050759g.

[5] E. Lee, R. A. Batey, Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 1865. doi: 10.1002/anie.200353284.

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[7] M. Danowitz, C. E. Taylor, T. M. Shrikian, A. K. Mapp, Org. Lett. 2010, 12, 2574. doi: 10.1021/ol1007845.

[8] Cativiela, M. D. Diaz-de-Villegas, Tetrahedron: Asymmetry 1998, 9, 3517. doi: 10.1016/S0957-4166(98)00391-7.

[9] Hayashi, A. Yamamoto, Y. Ito, E. Nishioka, H. Miura, K. Yanagi, J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 6301. doi: 10.1021/ja00198a048.

[10] M. Trost, D. L. Vanvranken, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 444. doi: 10.1021/ja00055a013.

[11] Airiau, N. Girard, M. Pizzeti, J. Salvadori, M. Taddei, A. Mann, J. Org. Chem. 2010, 75, 8670. doi: 10.1021/jo101776y.

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[16] Hayashi, R. P. Hsung, J. B. Feltenberger, A. G. Lohse, Org. Lett. 2009, 11, 2125. doi: 10.1021/ol900647s.

[17] Lu, R. Hayashi, R. P. Hsung, K. A. DeKorver, A. G. Lohse, Z. Song, Y. Tang, Org. Biomol. Chem. 2009, 7, 3331. doi: 10.1039/B908205K.

[18] Ramage, D. Hopton, M. J. Parrott, G. W. Kenner, G. A. Moore, J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1984, 1357. doi: 10.1039/P19840001357.

[19] F. Zhao, S. K. Xi, A. T. Song, G. J. Ji, J. Org. Chem. 1984, 49, 4549. doi: 10.1021/jo00197a050.

反應(yīng)機理

Chen-Mapp重排反應(yīng)的驅(qū)動力為P=O雙鍵比P=N雙鍵具有更高的BDE。


allylic phosphorimidate底物的Chen-Mapp重排[1]-[3]

過渡金屬催化的allylic phosphorimidate底物的Chen-Mapp重排[4]

手性輔基參與的Chen-Mapp重排[5]

COP-X參與的Chen-Mapp重排[6]-[7]

propargylic phosphorimidate底物的Chen-Mapp重排

參考文獻

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[2] J. Barluenga, F. Palacios, Org. Prep. Proced. Int. 1991, 23, 1. doi: 10.1080/00304949109458286.

[3] A. Alexakis, S. Mutti, P. Mangeney, J. Org. Chem. 1992, 57, 1224. doi: 10.1021/jo00030a034.

[4] E. E. Lee, R. A. Batey, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2004, 43, 1865. doi: 10.1002/anie.200353284.

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[7] J. S. Cannon, L. E. Overman, Acc. Chem. Res. 2016, 49, 2220. doi: 10.1021/acs.accounts.6b00398.

反應(yīng)實例

烯丙胺的合成[1] [2]

聯(lián)烯基酰胺類化合物的合成[3]

實驗步驟

allylic phosphorimidate底物的Chen-Mapp重排


向冰水浴冷卻的乙醚中加入烯丙醇 (1.25 eq.)Et3N (1.25 eq.), 隨后加入2-chloro-5,5-dimethyl-1,3,2-dioxaphosphorinane或氯亞磷酸二乙酯的乙醚溶液 (濃度為1M,1.25 eq.)。將上述溶液攪拌20 min,隨后采用標準Schlenk技術(shù)進行過濾,除去生成的Et3N?HCl沉淀。通過真空除去乙醚,后將殘余物溶于適量二甲苯。向上述二甲苯溶液中滴加冰水浴冷卻的芐基疊氮的二甲苯溶液 (濃度為2M,1 eq.)。注意:在使用烯丙基疊氮參與本反應(yīng)時,因其具有揮發(fā)性,因此需要過量加入 (通常為3 eq.)。將上述反應(yīng)混合物緩慢升至室溫 (升溫時間高于1h),后將上述混合物在80 °C下加熱1 h, 隨后加入適量二甲苯進行稀釋,繼續(xù)加入回流4 h。4 h后,將上述反應(yīng)液冷卻,采用快速柱色譜直接進行純化 (正己烷/EtOAc 1:9 v/v作為洗脫劑),獲得相應(yīng)phosphoramidate產(chǎn)物。


過渡金屬催化的Chen-Mapp重排


方法 A. tosyl iminodiazaphospholidines在室溫條件下進行的重排


N2氣氛下,向火焰干燥過的圓底燒瓶中加入iminodiazaphospholidine (1 eq.) 的CH2Cl2溶液(濃度為0.12 M),隨后加入二氯雙(乙腈)合鈀(II) (0.05 eq.)。將上述反應(yīng)混合物在N2氣氛下進行攪拌,并通過31P-NMR進行監(jiān)控,直至反應(yīng)結(jié)束。反應(yīng)結(jié)束后,將反應(yīng)液在真空條件下進行濃縮,隨后將其溶于少量二氯甲烷,并通過硅膠柱色譜進行分離純化 (EtOAc/正己烷 2:1 v/v作為洗脫劑),獲得相應(yīng)重排產(chǎn)物。


方法 B. tosyl iminodiazaphospholidines在加入條件下進行的重排


N2氣氛下,向火焰干燥過的圓底燒瓶中裝入回流冷凝管,隨后加入iminodiazaphospholidine (1 eq.) 的CH2Cl2溶液 (濃度為0.12 M),隨后加入二氯雙(乙腈)合鈀(II) (0.05 eq.)及適量新活化的4?分子篩。繼續(xù)維持在N2氣氛下,將上述反應(yīng)混合物45°C下加熱攪拌,并通過31P-NMR進行監(jiān)控,直至反應(yīng)結(jié)束。反應(yīng)結(jié)束后,將反應(yīng)液冷卻至室溫,并在真空條件下進行濃縮,隨后將其溶于少量二氯甲烷,并通過硅膠柱色譜進行分離純化 (EtOAc/正己烷 2:1 v/v作為洗脫劑),獲得相應(yīng)重排產(chǎn)物。


方法 C. tosyl iminodiazaphospholidines的不對稱重排


N2氣氛下,向火焰干燥過的尖底反應(yīng)瓶 (conical vial)中,加入甲苯 (維持底物濃度為1 M)、iminodiazaphospholidine (1 eq.)、 COP.Cl (0.05 eq)及AgTFA (0. 1 eq.). 將反應(yīng)瓶密封,并在45°C下加熱攪拌,并通過31P-NMR進行監(jiān)控,直至反應(yīng)結(jié)束。反應(yīng)結(jié)束后,將反應(yīng)液冷卻至室溫,并在真空條件下進行濃縮。隨后,將其溶于少量二氯甲烷,并通過硅膠柱色譜進行分離純化 (EtOAc/正己烷 2:1 v/v作為洗脫劑),獲得相應(yīng)重排產(chǎn)物。


propargylic phosphorimidate底物的Chen-Mapp重排


向冰水浴冷卻的乙醚中加入炔丙醇 (1.3 eq.)與Et3N (1.3 eq.), 隨后加入氯亞磷酸二乙酯 (1.3 eq.)。將上述溶液攪拌20 min,隨后進行過濾,除去生成的Et3N?HCl沉淀。在真空條件下除去乙醚,后將殘余物溶于適量二氯甲烷。室溫條件下,向上述反應(yīng)混合物中滴加芐氧羰基疊氮 (1 eq.)。將上述反應(yīng)混合物繼續(xù)攪拌2h,真空條件下除去DCM, 將粗產(chǎn)物采用硅膠柱色譜分離純化(首先用正己烷/EtOAc 1:5v/v洗脫劑, 隨后更換正己烷/EtOAc 1:2.5 v/v洗脫劑,進行梯度洗脫),獲得相應(yīng)phosphorimidate。注意:phosphorimidate 放置時易分解,需要立即進行分離純化。


向phosphorimidate (1.0 eq)的DCM溶液 (濃度為0.1 M)中加入PdCl2(CH3CN)2 (0.03 eq)。將上述混合物在室溫下進行攪拌, 并通過TLC進行監(jiān)控 (正己烷/EtOAc 1:1 v/v作為展開劑),直至反應(yīng)結(jié)束(5-7 h)。反應(yīng)結(jié)束后,在真空條件下除去二氯甲烷,并通過硅膠柱色譜進行分離純化 (首先用正己烷/EtOAc 1:5v/v洗脫劑, 隨后更換正己烷/EtOAc 1:2.5 v/v洗脫劑,進行梯度洗脫),獲得相應(yīng)聯(lián)烯酰胺重排產(chǎn)物。注意:延長反應(yīng)時間會出現(xiàn)產(chǎn)物分解與差向異構(gòu)化。

實驗安全須知

無機與有機疊氮化物具有較強的毒性與潛在的爆炸性,需要在通風(fēng)極其優(yōu)良的通風(fēng)櫥內(nèi)小心仔細進行操作。并穿戴SSG防化手套。

參考文獻

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[3] A. M. Danowitz, C. E. Taylor, T. M. Shrikian, A. K. Mapp, Org. Lett. 2010, 12, 2574. doi: 10.1021/ol1007845.


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