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Phil S. Baran课题组Angew:镍催化对映选择性脱羧酰化反应

来源:化学加原创      2023-11-14
导读:近日,美国Scripps研究所Phil S. Baran课题组开发了一种脱羧酰化策略,合成了一系列α-氨基酮衍生物。其中,在镍催化剂、手性配体和金属还原剂体系下,一系列酰氯与含有α-氨基取代的氧化还原活性酯均可顺利进行反应,具有良好的收率以及优异的对映选择性。此外,该反应具有广泛的底物范围,可以很容易地放大,并可用于显著简化几种已知结构的合成。文章链接DOI:10.1002/anie.202315203

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(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

正文

手性α-氨基酮是一种具有价值的砌块,并可作为合成大量天然产物和药物的关键中间体。到目前为止,最常见的逆向合成断裂策略涉及依赖于α-胺化策略或手性池衍生α-氨基酸的同系化反应。例如,砌块1(Figure 1A),一种用于合成ACE抑制剂的中间体,已通过后一种策略从L-苯丙氨酸通过6-8步构建,其中大多数反应步骤不会形成策略键,导致低理想性。原则上,利用自由基逆合成策略是合成1更为直接的方法,其中苯丙氨酸(2,外消旋或对映体纯)衍生的氧化还原活性酯(RAE)可与简单的琥珀酸衍生物3进行对映选择性脱羧酰化反应。目前,化学家们已开发三种通过镍催化构建α-手性酮的策略(Figure 1B)。在策略A中,在进入镍催化循环并与活化的酰基反应之前,烷基卤化物或二氢吡啶(DHP)单元用作还原(化学或光化学)活化的自由基前体。在策略 B中,光诱导不稳定C-H键(苄基或邻苯甲酰胺)的HAT形成相应的自由基供体。在策略C中,主要涉及氯甲酸酯、末端烯烃与合适的自由基供体的三组分偶联反应。近日,美国Scripps研究所Phil S. Baran课题组开发了一种高度对映选择性和普适性的镍催化脱羧酰化反应,该反应可简洁高效地以68%的收率与92%ee得到产物4下载化学加APP到你手机,更加方便,更多收获。

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(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

首先,作者以RAE 2与酰氯衍生物3作为模型底物,进行了相关还原脱羧酰化反应条件的筛选(Table 1)。当以NiCl2•glyme(10 mol %)作为催化剂,L9(15 mol %)作为配体,Mn粉(3.0 equiv)作为还原剂,在CH3CN/DME溶剂中室温反应5 h,可以68%的收率得到产物4,ee为92%。

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(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

在获得上述最佳反应条件后,作者对底物范围进行了扩展(Table 2)。首先,一系列一级与二级羧酸衍生的酰氯或芳香族羧酸衍生的酰氯,均可顺利进行反应,获得相应的产物5-29,收率为34-71%,ee为81-94%。值得注意的是,一系列活性的基团,如卤素、烷氧羰基、烯基、羰基等,均与体系兼容。其次,一系列不同取代的氧化还原活性酯,也能够顺利进行反应,获得相应的产物30-45,收率为41-75%,ee为76-94%。然而,将保护基团从Bz切换到Boc或邻苯二甲酰亚胺时,导致对映选择性大幅下降(4647)。同时,α-氯酰氯和三级酰氯,在上述标准的条件下,未能有效的进行反应(48-50)。

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(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

紧接着,作者将上述的对映选择性脱羧酰化策略用于一些化合物的简便合成(Figure 2)。首先,化合物1(Figure 2A)的前期合成方法主要涉及6-8步反应,并且需要大量的保护基团、官能团相互转化、氧化还原操作和使用自燃试剂等。相反,化合物23通过上述的对映选择性脱羧酰化反应以及随后的水解后处理,即可一步合成化合物1,收率为62%,ee为91%。其次,烯丙基取代的对映体α-氨基酮60(Figure 2B)的合成前期主要通过经典的不对称相转移烷基化化学获得,并涉及七步反应。相比之下,化合物5859通过上述的对映选择性脱羧酰化反应,可直接合成α-氨基酮60,收率为48%,ee为88%。此外,化合物6369(Figure 2C)是用于发现针对SARS-CoV 3CL蛋白酶的苯胺抑制剂的药物化学程序中的中间体,通过九步途径获得,其中大多数操作不形成战略键。相反,利用上述的对映选择性脱羧酰化策略,仅需两步即可实现化合物6369的合成。

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(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

此外,作者还对反应的实用性进行了研究(Figure 3)。首先,克级规模实验,同样能够以71%收率和93% ee得到产物31(Figure 3A)。其次,化合物6在LiAl(Ot-Bu)3H条件下进行还原反应,可以93%的收率得到anti-1,2-氨基醇7272中的苯甲酰基可在Cp2ZrHCl/NH4Cl条件下进行脱除,并在Boc2O/MeCN条件下进行氨基的保护,可以两步62%的收率得到化合物73(Figure 3B)。值得注意的是,在上述的过程中,对映选择性基本不受影响。同时,对于氧化还原活性酯7476,也能够与10顺利反应,获得相应的产物75(收率为26%,ee为40%)和77(收率为37%,ee为62%)(Figure 3C)。此外,在化合物378的标准反应体系中加入一当量的缺电子烯烃79,生成了外消旋加合物80,表明了反应形成了α-氨基自由基(Figure 3D)。

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(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

总结

美国Scripps研究所Phil S. Baran课题组开发了一种对映选择性合成手性α-氨基/酰胺基酮的实用方法。根据自由基逆合成策略预测,它极大地简化了合成这种结构的途径,实现了两种羧酸酯的汇聚式合成,其中一种是简单的酰氯,另一种是含有α-酰胺基的RAE同时,该策略具有广泛的底物范围、优异的化学选择性、良好的官能团兼容性等特点。这种方法只需花费之前所需工作量的一小部分即可合成所需的目标骨架,进一步揭示了该策略在合成中的应用价值。

文献详情:

Yang Gao, Phil S. Baran*. Nickel-Catalyzed Enantioselective Decarboxylative Acylation: Rapid, Modular Access to α-Amino Ketones. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, https://doi.org/10.1002/anie.202315203

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