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碳碳鍵構(gòu)建的新方法:醛酮經(jīng)由腙的交叉偶聯(lián)

來源:北京大學(xué)      2020-06-19
導(dǎo)讀:碳碳鍵的構(gòu)建是有機(jī)合成化學(xué)的核心。傳統(tǒng)的格氏反應(yīng)、狄爾斯-阿爾德反應(yīng)、魏悌息反應(yīng)、羥醛縮合反應(yīng)等的價值就在于其解決了碳碳鍵構(gòu)建中的某一關(guān)鍵問題。近代有機(jī)合成的發(fā)展越來越多地依靠過渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng):按照傳統(tǒng)的模式不能直接反應(yīng)的親電組分與親核組分,在過渡金屬的存在下經(jīng)由與傳統(tǒng)反應(yīng)不同的機(jī)理結(jié)合在一起。


 

 

過渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展,已經(jīng)建立起了一系列高效的碳碳鍵構(gòu)建方法,例如Heck反應(yīng),Suzuki-Miyaura偶聯(lián),Negishi偶聯(lián),Stille偶聯(lián),Sonogashira偶聯(lián)等。這些方法學(xué)在藥物合成,化學(xué)生物學(xué),以及材料科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。然而該領(lǐng)域仍然存在許多挑戰(zhàn)和機(jī)遇,包括如何進(jìn)一步提高反應(yīng)的效率、選擇性和原子經(jīng)濟(jì)性,以及拓展反應(yīng)的普適性等。時至今日,過渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)依然是有機(jī)合成化學(xué)中非常活躍的部分,其研究的重點(diǎn)之一是將過渡金屬催化和自由基化學(xué)、卡賓化學(xué)、電化學(xué)、光化學(xué)等領(lǐng)域相結(jié)合,進(jìn)一步拓展偶聯(lián)組分以及反應(yīng)模式的范疇。

醛酮等羰基化合物作為最基本的化合物在有機(jī)合成中扮演著非常重要的角色。醛酮豐富的反應(yīng)活性主要來源于羰基碳的親電性和α-氫的酸性。例如,有機(jī)合成中應(yīng)用非常廣泛的反應(yīng),包括格式試劑加成反應(yīng)、魏悌息反應(yīng)、羥醛縮合反應(yīng)和α-碳?xì)滏I烷基化、芳基化反應(yīng)等等,都與醛酮的這些性質(zhì)相關(guān)。如果將醛酮轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的三氟甲磺酸烯醇酯(-OTf),則其可以作為烯基親電試劑在過渡金屬催化下參與偶聯(lián)反應(yīng)。這是一類已發(fā)展完善的間接利用醛酮作為偶聯(lián)組分的方法。此外,通過將醛酮與對甲苯磺酰肼(TsNHNH2)簡單縮合得到的對甲苯磺酰腙(=NNHTs),也是一類非常重要的合成子,其可以經(jīng)由Shapiro反應(yīng)和Bamford-Stevens反應(yīng)得到官能團(tuán)化的烯烴。特別是Shapiro反應(yīng)可以將酮轉(zhuǎn)化為烯基親核試劑來參與反應(yīng),這一特殊的轉(zhuǎn)化模式在有機(jī)合成中得到了很多應(yīng)用,例如,該反應(yīng)是紫杉醇全合成中的關(guān)鍵步驟之一。

由于醛酮化合物的廣泛存在及其在有機(jī)分子的轉(zhuǎn)化中不可替代的作用,進(jìn)一步發(fā)展基于醛酮化合物的新的轉(zhuǎn)化模式是重要的科學(xué)問題。近年來,人們發(fā)現(xiàn)對甲苯磺酰腙可以在過渡金屬催化下經(jīng)由重氮化合物中間體參與偶聯(lián)反應(yīng),其基本過程包括原位生成重氮化合物、金屬卡賓的形成和金屬卡賓的轉(zhuǎn)移插入。這一類基于金屬卡賓過程的偶聯(lián)反應(yīng)的發(fā)展使得醛酮可以作為偶聯(lián)組分參與交叉偶聯(lián)反應(yīng),極大地拓展了醛酮化合物在有機(jī)合成中的應(yīng)用。北京大學(xué)王劍波課題組在過去的十多年里在該領(lǐng)域開展系統(tǒng)工作,發(fā)展了一系列以醛酮為起始物經(jīng)由腙的交叉偶聯(lián)反應(yīng)。最近,他們受《Journal of the American Chemical Society》主編邀請撰寫Perspective論文,歸納總結(jié)并展望醛酮經(jīng)由對甲苯磺酰腙參與的過渡金屬催化卡賓偶聯(lián)反應(yīng)的發(fā)展。

該P(yáng)erspective論文根據(jù)醛酮偶聯(lián)反應(yīng)中新形成碳碳鍵的種類,將這些轉(zhuǎn)化大致分為四類:

a) 醛酮作為烯基偶聯(lián)組分,在羰基碳上形成碳碳單鍵得到多取代烯烴;

b) 醛酮的羰基碳氧雙鍵生成碳碳雙鍵或聯(lián)烯、烯酮、烯酮亞胺等累積雙鍵;

c) 醛酮作為烷基偶聯(lián)組分,形成碳碳單鍵得到烷基化的偶聯(lián)產(chǎn)物;

d) 醛酮作為雙親試劑,在羰基碳原子上同時形成兩根碳碳單鍵。

在介紹了這四類反應(yīng)的最新進(jìn)展后,該綜述又分別對其進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)和展望,指出了該領(lǐng)域還存在的問題以及可能的發(fā)展方向,對醛酮化合物在有機(jī)合成中的應(yīng)用以及金屬卡賓交叉偶聯(lián)領(lǐng)域的發(fā)展都具有重要的指導(dǎo)意義。

 

 

該P(yáng)erspective論文的第一作者是王劍波課題組2015年畢業(yè)博士研究生夏瑩,目前在四川大學(xué)華西公共衛(wèi)生學(xué)院(華西第四醫(yī)院)和生物治療國家重點(diǎn)實(shí)驗室獨(dú)立開展工作。夏瑩和王劍波為本論文共同通訊作者。相關(guān)的研究受到北京分子科學(xué)國家研究中心、教育部生物有機(jī)與分子工程重點(diǎn)實(shí)驗室、科技部和國家自然科學(xué)基金委的支持。

論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c04445


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