JACS:无金属参与的萜类烯丙基C-H胺化反应

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将复杂有机分子中的C-H键转化为其他基团可以高效构建新的分子,这类反应吸引了化学工作者的广泛关注。因此,人们发展了许多方法实现了C-H键向C-O、C-N与C-C键的转化。氮原子在生物活性分子中具有重要作用,通过C-H胺化的方式构建新的C-N键也是一种极具发展前景的反应。尤其是利用C-H胺化反应可以对萜类化合物进行修饰,可以进一步增加分子的结构多样性。


在萜类化合物的合成中,化学家们可以通过异戊二烯的环化构建萜类骨架,随后经C-H氧化(通常为苄位)增加羟基,这一策略在天然产物合成与后期结构修饰中均得到了广泛应用。同样的,如果可以实现烯丙位C-H胺化过程,也将有助于合成一系列新型含氮分子。另外,此方法还可以实现萜类化合物的选择性标记。


在复杂分子的C-H胺化反应中,位点选择性的控制一直是反应的难点所在(Scheme 1)。在萜类化合物烯丙位C-H胺化过程中存在活性较强的C=C双键,这进一步增加了反应的难度。在现有的方法中,如氮宾或自由基参与的C-H胺化,当有双键存在时均会发生叠氮化或烯烃加成反应。采用π-烯丙基复合物可以避免叠氮化反应,但会发生双键移位,导致反应的区域选择性难以控制,底物适用范围较窄。另外,在这些反应中,均需要特殊的氮源,这也是现有方法的局限所在。


1976年,Sharpless课题组报道了当量硒试剂参与的简单烯烃的烯丙位C-H胺化反应,但是收率较低、氮源易爆炸。此外,反应采用当量的硒试剂,原子经济性不好。最近,美国华盛顿大学的Forrest E. Michael课题组报道了新型萜类化合物的烯丙位C-H选择性胺化反应,反应仅需催化量的硒试剂,且具有良好的反应活性及区域选择性,官能团耐受性高。值得一提的是,该反应不会发生双键移位的副反应。ong>相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.上(DOI: 10.1021/jacs.0c06997)。


(来源:J. Am. Chem. Soc.




首先,作者采用4-苯基-1-丁烯(1)与4-硝基苯磺酰胺为模板底物进行条件优化。通过对配体等条件的优化,作者确定了最优条件为:Cy3PSe为催化剂、PhI(OAc)2为氧化剂、DCM为溶剂,底物于室温下反应,最终可以93%的收率得到目标产物。


确定最优反应条件后,作者对反应的一般性进行了考察(Scheme 2-3)。反应具有良好的官能团耐受性,酯基、保护的醇或胺、芳基硼酸、芳基或烷基卤代物等基团均能兼容反应条件。一级、二级及三级C-H键均可以通过这个方法实现胺化过程。当反应放大至克级规模时,仍能以66%的收率得到产物。此外,磺酰胺的取代基可以替换为Ns、Tces、Tfes及Nbos。当把催化剂Cy3PSe替换为N-杂环卡宾类型的IMeSe时,反应对于富电性的烯烃具有更好的效果。


 

(来源:J. Am. Chem. Soc.


 

(来源:J. Am. Chem. Soc.


随后作者设想是否可以采用这个方法对萜类化合物进行修饰(Scheme 4),从而合成新型含氮化合物。其中,一取代、二取代或三取代的烯烃均能适用反应条件,而且均可以得到单一异构体。对于非环状三取代烯烃底物,胺化发生在烯烃取代较多的一侧,而且与第三个取代基成反式排列。对于环状三取代烯烃底物,会得到环内取代的胺化产物。值得注意的是,采用硒试剂进行胺化的选择性与现有方法(如氮宾、自由基或π-烯丙基复合物参与的C-H胺化)均不同。为了进一步说明反应的高效性,作者利用此方法也实现了生物活性分子的修饰。


(来源:J. Am. Chem. Soc.


为了对反应的机理进行研究,作者分别进行了原位膦谱、活性胺化试剂的验证等实验,最终作者提出的反应机理是:1)Cy3PSe首先被PhI(OAc)2/RSO2NH2氧化为中间体A;2)A经ene反应及[2,3]-sigmatropic重排得到胺化的中间体;3)胺化中间体被PhI(OAc)2/RSO2NH2氧化生成产物,并再生中间体A


小结:Forrest E. Michael课题组发展了新型硒催化的烯丙基C-H胺化反应,反应具有广泛的适用范围与良好的区域选择性,为C-N键的构建提供了新型方法。



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