通过光氧化还原催化叔烷基N-邻苯二甲酰亚氨基草酸酯从叔醇直接构建季碳外文翻译资料

 2023-01-05 14:04:30

通过光氧化还原催化叔烷基N-邻苯二甲酰亚氨基草酸酯从叔醇直接构建季碳

摘要：一种通过可见光氧化还原催化叔烷基N-邻苯二甲酰亚氨基草酸酯形成缺电子中间体从叔醇直接构建季碳的简便方法被报导。

通过亲核碳自由基与电子有效烯烃的反应来制备对空间要求较高的季碳是一种较吸引人的方法。原因如下：在计算的过渡结构中形成的键非常长（2.2-2.5Aring;）；1 电子有效烯烃中叔自由基的加成速率比甲基，伯和仲基团的加成速率快；2向前手性烯烃中加入叔自由基的立体选择性通常大于伯或仲基团的立体选择性。2a，3，4虽然这些吸引人的特点已被认可多年，但是在最近对构建季碳的方法的综合调查中没有提到这种方法。在我们最近的正式全合成（ - ）-aplyviolene中提出了这种键结构具有相当大的潜力，其中叔碳基的立体选择性偶联中，由N-（酰氧基）邻苯二甲酰亚胺1的可见光光催化脱羧片段化生成，alpha; - 氯环戊烯酮2是中心步骤。自Okada最开始揭露该反应以来，这种结果代表了在C-C键形成反应中底物的第一次利用。我们推测，叔碳自由基迄今尚未在组装季碳中发挥重要作用的原因是缺乏从广泛使用的叔醇生成这些中间体的便利方法。此外，尽管近年来可见光光催化氧化物催化转化有显著的进步，但产生叔碳自由基的方法在很大程度上仍然尚未被开发。7b,9而在本论文中，我们报告了这种方法。

我们所开发的方法是受到Barton引入叔烷基N-羟基吡啶的启发，并应用于从醇产生碳自由基的草酸亚硫酸盐。尽管Barton草酸盐中间体可以由叔醇形成，但这些中间体的不稳定性（防止它们的分离）及其光敏性可能是它们在形成季碳中的有限用途的原因。预期相关的N-烷基邻苯二甲酰亚胺基邻苯二甲酸叔丁酯将是更方便的叔碳自由基前体，于是我们开始探索获得这些化合物的条件。

在研究了制备这些混合草酸二酯的几种可能方法后，我们发现在室温下，且在Et3N和催化剂DMAP存在下，叔醇顺利地与草酸N-邻苯二甲酰亚胺基酯（4，由草酰氯和N-羟基邻苯二甲酰亚胺生成）进行酰化并以高收率得到邻苯二甲酰基邻氨基苯甲酸叔丁酯（5→6，图1）。与N-酰氧基邻苯二甲酰亚胺 (N-酰氧基邻苯二甲酰亚胺通常用水溶液后处理和硅胶色谱法处理会非常稳定)相比，草酸盐6被证明更加敏感。然而，我们发现它们合成的副产物通常可以通过简单的过滤除去，以此得到可接受纯度的所需产物。 叔烷基N-邻苯二甲酰亚胺基草酸酯6a-6k对光环境稳定，并且可以容易地以多克规模制备。通过草酸二酯6j的单晶X射线分析可确认该序列确实提供了先前未知的N-邻苯二甲酰亚氨基草酸烷基酯。

图1.邻苯二甲酰亚胺基草酸叔烷基酯的合成

通过已有的N-烷基邻苯二甲酰亚胺基草酸酯的一般制备方法，我们检测了草酸盐6a与甲基乙烯基酮（MVK）的偶联。使用类似于我们早期研究中使用的N-（酰氧基）邻苯二甲酰亚胺7的条件，主要导致草酸盐的分解，仅少量提供偶合产物7a（表1，条目1）i-Pr2NEt的省略提高了产量（条目2），反映了6a对这种胺存在的不稳定性。使用i-Pr2NEt·HBF4可以提高7a的产量（条目3-9）。尽管使用相对于6a的过量或等量的MVK证明是有害的（条目1-5），但当草酸盐6a略微过量时（条目6-10）获得最佳产率。我们还发现1：1的THF / CH 2 Cl 2溶剂混合物优于单一的CH 2 Cl 2或THF（条目8和9）。即使在优化的条件下，i-Pr2NEt·HBF4添加剂也被发现是有益的，因为它的遗漏会导致产品产量降低（条目10）。最后，[Ru（bpy）3]（BF 4）2或 [Ru（bpy）3]（PF 6）2在反应中可相当地进行（条目8和9）。在优化反应条件下，草酸盐6a与MVK的偶联得到酮产物7a，产率为82％。

表1. 6a与甲基乙烯基酮偶联的优化

a1：1的THF/CH2Cl2混合物; Hantzsch酯= 1,4-二氢-2,6-二甲基-3,5-吡啶二羧酸二乙酯 b产率通过1H NMR确定 产率为硅胶色谱法后的分离产率

表2为我们初步调查邻苯二甲酰亚胺基草酸叔烷基酯与MVK偶联范围的结果总结。在大多数情况下，耦合产品的产量非常好，为68-85％（条目1-7）。手性草酸盐6c，6d和6e与空间上最易接近的面（条目3-5）具有高的非对映选择性（gt; 20：1）。雌素酮衍生的前体6e的偶联是重要的，因为它证明了邻位 - 季碳中心的构建（条目5）。我们还研究了两种含氮杂环底物（条目7和8）。哌啶酮衍生的6h提供偶联产物7h，产率为82％，而含吲哚的草酸盐6i的偶合以较低的产率进行。正如我们的探索性研究所预期的那样，将6d和6e与等量的草酸盐前体和MVK偶联，得到偶联产物，产率稍微降低（条目4和5）。草酸金刚烷基酯6j的反应以低产率得到预期产物7j，主要产物来自中间体烷氧基羰基与MVK的偶联（条目9）。毫无疑问，高硬脂酸草酸酯6k与MVK偶联得到丁内酯7k（条目7）。15a，17

表2.N-烷基邻苯二甲酰亚胺基草酸酯与甲基乙烯基酮的偶联

a1：1的THF / CH 2 Cl 2混合物；b硅胶色谱法（两次实验的平均值）后的分离产率;c用草酸盐前体与受体的比例为1：1的硅胶色谱法分离收率dPhth = N-邻苯二甲酰亚胺

表3为该共轭受体的新偶联反应的范围总结。具有末端双键的接受体通常在反应中表现最佳，丙烯腈，苯基乙烯基砜和丙烯酸甲酯以优异的产率提供偶联产物（条目1-3）; 二甲基丙烯酰胺的收率略低（条目4）。延胡索酸二甲酯也是一种优良的偶联剂，产生9e，产率85％（条目5）。

也可以使用环状受体，尽管偶联产物的产率略低（条目6-9）。使用丁烯酸内酯受体（条目8）得到所需产物，产率为72％，加入仅发生在与甲氧基取代基相对的面上。18最后，活化的三取代的受体2-甲氧基环戊-2-烯-1-酮与N-烷基邻苯二甲酰亚胺基草酸酯6a偶合，得到反式产物9i，产率62％（条目9）。

在方案1中概述了本文报道的可见光光氧化还原偶合的合理机制。正如Okada8提出的N-（酰氧基）邻苯二甲酰亚胺的碎裂，单电子从Ru（bpy）3 转移到邻苯二甲酰亚胺基草酸叔烷基酯，然后是N-O键的均裂，随后脱羧，产生烷氧基羰基12。第二个较慢的脱羧作用导致形成叔基团13，其在加入缺电子烯烃后提供alpha;-酰基基团14。从Hantzsch 酯自由基阳离子10b中提取氢原子将提供最终产物（14→7）。一种替代途径（未显示），包括将alpha;-酰基基团14还原成相应的烯醇化物和随后的质子化，也可能导致形成7。虽然Hantzsch 酯 10a的存在对于实现催化转化是必要的，但此时铵添加剂的作用还不完全清楚。然而，它可能有助于质子化中间体自由基阴离子11并且还作为BF4-的来源与[Ru（bpy）3]（PF6）2进行阴离子交换，导致形成更可溶的[Ru（bpy） ）3]（BF4）2复合物。

表3. 6a与各种受体的耦合

a1：1的THF / CH 2 Cl 2混合物b硅胶色谱法（两次实验的平均值）后的分离产率

机理1

总之，我们开发了通过叔烷基N的可见光氧化还原偶联从叔醇直接构建季碳，邻苯二甲酰亚胺基草酸酯中间体与缺电子烯烃的方法。 在三个实例中，其中中间叔碳基团是手性和空间偏向的，在形成新的季碳立体中心时的非对映选择性是优异的。目前叔烷基邻苯二甲酰亚胺基草酸盐的其他合成应用，以及它们在光氧化还原介导的过程中的反应性的机理正在研究，并将在适当的时候作出报告。

支持信息

6j和7d的实验细节，特征数据和CIF文件。 这些资料可通过互联网免费获得，网址为http://pubs.acs.org

作者信息

作者通讯

leoverma@uci.edu

作者贡献

dagger;G.L.L。 和K.W.Q.平等贡献。

注释

作者声明没有竞争性的财务利益。

致谢

国家科学基金会（CHE1265964）和国家普通医学科学研究所（R01GM098601）提供支持。在UC Irvine使用在NSF和NIH共享仪器授权的帮助下购买的仪器测定核磁和质谱。我们感谢加州大学欧文分校化学系Joseph Ziller博士和John Greaves博士对X射线和质谱分析的帮助。

参考文献

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  4. For recent reviews that discuss the addition of carbon radicals to alkenes, see: (a) Renaud, P.; Sibi, M. P. Radicals in Organic Synthesis, Vol. 2; Wiley-VCH: Weinheim, 2001. (b) Zard, S. Z. Radical Reactions in Organic Synthesis; Oxford: New York, 2003. (c) Srikanth, G. S. C.; Castle, S. L. Tetrahedron 2005, 61, 10377. (d) Rowlands, G. J. Tetrahedron 2009, 65, 8603.
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