芳基咔唑骨架廣泛存在于天然產(chǎn)物和有機(jī)發(fā)光二極管材料中[1]. 芳烴的碳?xì)滏I氨基化反應(yīng)被公認(rèn)為是合成該類(lèi)化合物最有效的方法之一. 傳統(tǒng)的合成方法涉及到過(guò)渡金屬催化, 大多受到底物的限制以及需要外加氧化劑的困擾. 而有機(jī)小分子催化構(gòu)建N-芳基咔唑軸手性化合物至今無(wú)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道. 作者首次報(bào)道了手性磷酸催化芳烴碳?xì)滏I氨基化反應(yīng), 得到軸手性的N-芳基咔唑類(lèi)化合物. 該反應(yīng)對(duì)底物的耐受性較好, 以較高的產(chǎn)率和立體選擇性得到目標(biāo)產(chǎn)物.
近年來(lái)具有高三重態(tài)能量和競(jìng)爭(zhēng)性孔輸運(yùn)能力的N-芳基咔唑骨架, 在有機(jī)發(fā)光二極管材料中得到了較為廣泛的應(yīng)用(Scheme 1A)[2].常規(guī)過(guò)渡金屬催化的N-芳基化反應(yīng)(如Ullmann、Buchwald-Hartwig和Chan-Lam- Evans偶聯(lián)反應(yīng))已成為構(gòu)建C—N鍵必要的手段(Scheme 1B)[3].但是芳烴底物的預(yù)官能團(tuán)化和副產(chǎn)物的產(chǎn)生極大地限制了該類(lèi)反應(yīng)在實(shí)際中的應(yīng)用. 為了克服這些缺點(diǎn), 研究人員通過(guò)使用高價(jià)碘[4]、過(guò)渡金屬[5]、光催化[6]和電催化[7]實(shí)現(xiàn)了芳烴的氧化胺化(Scheme 1C). 盡管上述研究已取得一定成果, 但底物的局限性仍限制了它們的應(yīng)用, 而且其苛刻的反應(yīng)條件不利于實(shí)現(xiàn)對(duì)映選擇性的控制. 與此同時(shí), 由于芳環(huán)的低活性和有機(jī)小分子催化模式的限制, 目前關(guān)于不對(duì)稱(chēng)有機(jī)催化芳烴碳?xì)滏I氨基化的反應(yīng)仍無(wú)相關(guān)報(bào)道.
圖式1 N-芳基咔唑類(lèi)化合物的重要性和構(gòu)建N-芳基化合物的方法
最近, 南方科技大學(xué)化學(xué)系譚斌課題組報(bào)道了其發(fā)展的偶氮萘基化合物和咔唑衍生物在手性磷酸催化作用下通過(guò)芳烴碳?xì)滏I氨基化反應(yīng)得到了高對(duì)映選擇性的軸手性N-芳基咔唑類(lèi)化合物[8], 成功地實(shí)現(xiàn)了有機(jī)小分子催化的不對(duì)稱(chēng)芳烴碳?xì)滏I氨基化反應(yīng)(Scheme 2).
圖式2 咔唑類(lèi)親核試劑參與的不對(duì)稱(chēng)碳?xì)滏I氨基化反應(yīng)(催化劑量為10mol%)
作者在通過(guò)一系列的反應(yīng)條件篩選后得到了最優(yōu)的反應(yīng)條件, 接著對(duì)底物的普適性進(jìn)行了考察.首先他們對(duì)R2取代基進(jìn)行了考察(Scheme 2). 作者首先將甲基換成了乙基、異丙基、叔丁基或芐基, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)的產(chǎn)率和立體選擇性變化不大(＞90% ee).接著研究人員將R2取代基定為甲基, 對(duì)R1進(jìn)行了考察, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 該反應(yīng)對(duì)R1取代基的變化具有良好的耐受性. 最后作者對(duì)咔唑底物上的取代基進(jìn)行了考察, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)其電性的變化對(duì)反應(yīng)結(jié)果也沒(méi)有太大的影響.
作者在考察完咔唑類(lèi)化合物的反應(yīng)情況后, 決定將咔唑換成吲哚, 進(jìn)一步考察該反應(yīng)對(duì)底物的普適性(Scheme 3). 首先作者對(duì)吲哚和萘環(huán)取代基進(jìn)行了考察, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)取代基的變化對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率影響較大(46%～61%), 得到的產(chǎn)物立體選擇性較好(92%～96%). 接著在萘環(huán)C3位引入甲基, 得到了令人滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(up to 93% yield, ＞99% ee).
圖式3 吲哚類(lèi)親核試劑參與的不對(duì)稱(chēng)碳?xì)滏I氨基化反應(yīng)(催化劑量為10 mol%)
此外, 作者還研究了該反應(yīng)的合成應(yīng)用性: 首先, 對(duì)手性N-芳基咔唑類(lèi)化合物3a進(jìn)行了克級(jí)不對(duì)稱(chēng)催化合成(Scheme 4A); 其次, 通過(guò)一系列的轉(zhuǎn)化, 合成了潛在的手性催化劑7和手性配體10. 接著將7和10應(yīng)用到兩種不同的不對(duì)稱(chēng)加成反應(yīng)中, 得到了相應(yīng)的加成產(chǎn)物13和16 (Scheme 4B). 此外作者還合成了一系列雙軸的N-芳基手性化合物(90%～98% ee),并有希望將其應(yīng)用到有機(jī)發(fā)光二極管材料中去.
圖式4 克級(jí)合成和合成應(yīng)用
總之, 上述工作是基于偶氮萘和咔唑底物在手性磷酸催化下發(fā)生不對(duì)稱(chēng)芳烴碳?xì)滏I氨基化反應(yīng), 以?xún)?yōu)異的產(chǎn)率和對(duì)映選擇性實(shí)現(xiàn)了手性N-芳基咔唑類(lèi)化合物的不對(duì)稱(chēng)催化合成. 此外, 吲哚底物也適用于該類(lèi)轉(zhuǎn)化, 以高光學(xué)純度獲得N-芳基手性軸的產(chǎn)物. 該反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了首例有機(jī)小分子催化的不對(duì)稱(chēng)芳烴碳?xì)滏I氨基化反應(yīng); 而且, 它還為手性N-芳基類(lèi)化合物的合成提供了新思路, 也豐富充實(shí)了N-芳基類(lèi)化合物庫(kù), 為具有重要藥理活性的化合物的發(fā)現(xiàn)及有機(jī)發(fā)光二極管材料合成奠定基礎(chǔ).
南方科技大學(xué)化學(xué)系譚斌教授課題組
該文發(fā)表在Chin.J.Org.Chem.2020,40(7):2167-2169.
DOI:10.6023/cjoc202000040,
References
