可烯醇化的不飽和羰基化合物在構(gòu)建手性生物活性分子過程中是非常有用的合成子,這類化合物可以通過其二烯醇中間體參與到不對稱轉(zhuǎn)化當(dāng)中。但由于位阻效應(yīng)和為了保持更穩(wěn)定的π-π共軛,多數(shù)情況下反應(yīng)發(fā)生在二烯醇中間體的γ-位,目前二烯醇中間體α-位的親核加成反應(yīng)發(fā)展受限。主要有兩種策略實現(xiàn)α-位選擇性,一是在γ-位引入兩個大位阻基團(tuán)來屏蔽γ-位,二是使用雙功能催化劑來同時綁定兩個反應(yīng)物使α-位成為優(yōu)勢反應(yīng)位點,而這第二種策略由于其對底物限制較少更具有吸引力。另一方面,環(huán)氧的Meinwald重排是用于快速構(gòu)建醛酮類化合物的有效策略,其中利用烯基環(huán)氧的Meinwald重排可以生成β,γ-不飽和醛,該醛雖然容易異構(gòu)成反應(yīng)惰性的共軛醛,但可以原位生成活性的二烯醇中間體參與反應(yīng)。目前已有幾例利用該二烯醇中間體的γ-位選擇性生成不飽和共軛醛的報道,卻由于位阻較大和破壞了π-π共軛,僅有一例利用其α-位選擇性生成α-四取代烯丙基醛的消旋體報道。
基于上述研究背景,四川大學(xué)馮小明教授團(tuán)隊利用特色的手性雙氮氧-金屬配合物(馮催化劑)催化劑,實現(xiàn)了該Meinwald重排中間體作為活性二烯醇的α-位選擇性Mannich反應(yīng),該催化體系能夠同時控制反應(yīng)的α-位區(qū)域選擇性,對映選擇性和非對映選擇性,合成了一系列手性α-四取代烯丙基醛和高烯丙基醇類化合物。
具體工作中,作者首先對實現(xiàn)該反應(yīng)α-位選擇性的關(guān)鍵因素進(jìn)行實驗探究。實驗結(jié)果表明手性雙氮氧配體(馮配體)的位阻越大,α-位選擇性產(chǎn)物的收率越高;同時靛紅亞胺結(jié)構(gòu)中亞胺N原子上的Boc基團(tuán)換成芳基后,反應(yīng)只能得到γ-位選擇性產(chǎn)物且立體選擇性較低。 經(jīng)過對反應(yīng)條件的優(yōu)化,作者以優(yōu)異的區(qū)域選擇性,優(yōu)良的收率,優(yōu)異的對映選擇性與非對映選擇性,實現(xiàn)了烯基環(huán)氧化合物與靛紅亞胺的Meinwald重排-Mannich反應(yīng)。在烯基環(huán)氧的多個位置引入取代基可以得到α, β或γ取代的β,γ-不飽和醛中間體,這些中間體都可以順利地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物,反應(yīng)具有較好官能團(tuán)容忍性。并且反應(yīng)可以放大到克級規(guī)模;經(jīng)過衍生,也可得到α-四取代烯丙基腈,β-氨基烯丙基酯,β-四取代烯基炔基胺和螺環(huán)吲哚酮類化合物。 同時,作者也對手性雙氮氧配體和亞胺的Boc保護(hù)基對α/γ選擇性的影響原因進(jìn)行了DFT計算化學(xué)的探究。研究表明Boc的羰基氧原子與二烯醇氧原子同時與手性雙氮氧-Sc(Ⅲ)配合物作用后,二烯醇中間體的α-碳比γ-碳更靠近亞胺碳原子;同時配體位阻越大,兩個低能量競爭過渡態(tài)的相對Gibbs自由能差值也越大,反應(yīng)的區(qū)域選擇性越好。這也與實驗結(jié)果相一致。 馮小明教授團(tuán)隊利用其獨特的手性雙氮氧-Sc(Ⅲ)配合物催化劑,通過烯基環(huán)氧Meinwald重排中間體作為二烯醇(模型,實現(xiàn)了位阻阻礙和去共軛的α-位選擇性催化不對稱Mannich反應(yīng)。并且也通過實驗和DFT計算研究證明了實現(xiàn)高區(qū)域選擇性的關(guān)鍵因素是手性雙氮氧和靛紅亞胺的Boc基團(tuán)。該研究為實現(xiàn)可烯醇化不飽和羰基化合物的α-位選擇性親核加成反應(yīng)提供了新思路,也豐富了烯基環(huán)氧通過重排參與催化不對稱反應(yīng)的研究內(nèi)涵。更多關(guān)于烯基環(huán)氧化合物的反應(yīng)和機(jī)理研究正在開展中。 論文信息 Sterically Hindered and Deconjugative α-Regioselective Asymmetric Mannich Reaction of Meinwald Rearrangement-Intermediate Jinxiu Xu, Yanji Song, Jia Yang, Bingqian Yang, Prof.?Dr. Zhishan Su, Prof.?Dr. Lili Lin, Prof.?Dr. Xiaoming Feng Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202217887
















