螺環(huán)化合物因其在天然產(chǎn)物和藥物分子中的廣泛分布而備受化學(xué)家的青睞(圖1), 因此開發(fā)高效構(gòu)筑含有螺環(huán)骨架的復(fù)雜分子的方法引起了合成化學(xué)家的廣泛關(guān)注.基于金屬催化C—H鍵活化反應(yīng)從簡單起始原料出發(fā), 以較短的合成步驟得到一些重要的雜環(huán)分子, 被證明是一種通用且便捷的路徑.同時, 過渡金屬催化去芳構(gòu)化反應(yīng)被認為是將平面芳香環(huán)直接轉(zhuǎn)化為具有三維螺環(huán)結(jié)構(gòu)的最有效、最直接的策略之一[1]. 盡管這兩種策略在構(gòu)筑相關(guān)重要框架中均取得了重大進展, 但結(jié)合這兩種高效策略進一步提高原子經(jīng)濟和步驟經(jīng)濟仍是一項艱巨而又極具吸引力的挑戰(zhàn).
2013年西北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院欒新軍課題組[2]開發(fā)了首例Ru催化連續(xù)C—H鍵裂解、炔烴遷移插入以及萘酚的去芳構(gòu)化反應(yīng), 獲得多種具有季碳中心的螺環(huán)分子, 該反應(yīng)具有良好的產(chǎn)率和優(yōu)秀的區(qū)域選擇性, 且兼容多種重要官能團(Scheme1). 隨后, 陸續(xù)報道了Rh、Pd催化的各種取代酚類(萘酚、苯酚和芳雜酚)與炔烴的C—H活化/脫芳構(gòu)化反應(yīng)構(gòu)筑螺環(huán)骨架. You課題組[3]引入手性配體, 實現(xiàn)了銠催化的不對稱去芳構(gòu)化反應(yīng), 合成手性螺環(huán)烯酮類化合物, 產(chǎn)率和er分別高達98%和97∶3, 并且對不對稱炔烴具有優(yōu)秀的區(qū)域選擇性.
2017年, 欒新軍課題組[4]巧妙地將降冰片二烯(NBD)引入鈀催化聯(lián)芳苯酚與嗎啡類化合物的反應(yīng)體系, 成功地實現(xiàn)了間位C—N鍵的構(gòu)筑和酚類化合物的去芳構(gòu)化反應(yīng), 簡便地構(gòu)筑了復(fù)雜螺環(huán)(Scheme2). 然后該小組進一步將反應(yīng)拓展到吲哚類化合物的遠程C—C鍵偶聯(lián)和芳構(gòu)化反應(yīng)(Scheme 3): 使用鈀/降冰片烯(Pd/NBE)為協(xié)同組合催化劑, 2-芳基吲哚與溴代烷基炔烴為底物,經(jīng)Catellani型C—H烷基化反應(yīng)、炔烴插入和吲哚去芳香化反應(yīng), 以優(yōu)秀的化學(xué)選擇性實現(xiàn)了分子間環(huán)化反應(yīng), 并以良好的收率和優(yōu)異的官能團耐受性合成了多種包含螺環(huán)吲哚片段的五環(huán)分子[5]. 初步機理研究, 表明決速步中可能涉及到C—H鍵的裂解, 吲哚去芳香化過程可能是通過烯烴配位/插入和β-氫化物消除的Heck類型途徑進行的.
同年, 該課題組[6]又實現(xiàn)了鈀/降冰片烯(NBE)共同催化1-溴-2萘酚、芳基碘化物和炔烴三組分的螺環(huán)化反應(yīng). 芳基碘化物在鈀試劑作用下易發(fā)生自身偶聯(lián)反應(yīng), 大大地限制了多組分反應(yīng)物間的串聯(lián)反應(yīng), 為解決這一棘手問題, 最近該課題組[7]將鏈狀炔烴植入到芳基碘化物的鄰位, 進一步與鄰/對溴芳基酚反應(yīng)(Scheme 4). 首先, 芳基碘化物在Pd(0)催化下實現(xiàn)炔烴的定向交叉偶聯(lián)反應(yīng), 得到芳基/乙烯基環(huán)鈀中間體A, A能夠抑制芳基碘化物的自身偶聯(lián)反應(yīng), 并與鄰/對溴芳基酚偶聯(lián)進一步形成聯(lián)芳基中間體B, 隨后發(fā)生去芳構(gòu)化反應(yīng), 從而實現(xiàn)[2+2+1]的螺環(huán)化. 該反應(yīng)與之前通過Pd/NBE協(xié)同催化反應(yīng)相比, 具有體系簡單(無需NBE和膦配體的參與)、效率高(高達91%)以及避免了芳基碘化物自聚反應(yīng)等優(yōu)點. 值得一提的是, 作者在底物拓展中使用非芳基酚類化合物2-(4-溴萘-1-基)乙酸乙酯進行底物范圍考察, 以89%的收率得到去芳構(gòu)化產(chǎn)物(Scheme 5).
總之, 基于金屬催化C—H官能團化/去芳構(gòu)化反應(yīng)效率構(gòu)筑螺環(huán)化合物是一種富有潛力與極具吸引力的方法. 當(dāng)前大多數(shù)工作只涉及到一些酚類化合物作為底物進行去芳構(gòu)化. 開發(fā)出更廣闊的底物, 以更簡單、更經(jīng)濟的方法來實現(xiàn)高效率、高立體選擇性的去芳構(gòu)化反應(yīng)仍然具有很大的前景與挑戰(zhàn)性.
該文發(fā)表在 Chin. J. Org. Chem. 2020, 40(2): 543-544. DOI:10.6023/cjoc202000007,
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