铑催化的氧杂环丁醇与炔烃的立体选择性[4+2]环化反应

二氢吡喃及其衍生物是广泛存在于天然产物和先导药物分子中的结构骨架，发展简洁高效且原子经济性的方法学，高立体选择性地构建这类结构具有十分重要的意义。近日，中国科学院上海有机化学研究所张国柱（点击查看介绍）课题组利用氧杂环丁醇与炔烃进行串联环化反应，高立体选择性和区域选择性地合成了一系列二氢吡喃类化合物。

近年来，过渡金属催化的C-C键选择性断裂和官能团化反应取得了很大的进展，并且已经成功地应用于构建复杂天然产物分子的核心骨架当中。其中，环丁醇作为一类非常有用的合成片段可以参与构建很多复杂的环状分子。在以往报道的工作中，铑催化的环丁醇与不饱和2π体系进行环化时，C-C键断裂优先发生在羟基邻位的C(sp²)–C(sp³)之间，且反应大多数以非对映选择性的形式进行。如果能以高对映选择性的形式实现环丁醇羟基邻位C(sp³)–C(sp³)键断裂后再发生不饱和2π体系环化，那么对于这类方法学将是很大的拓展，同时对于传统方法学难以构建的复杂环状分子也将会有很大的帮助。

经过大量条件筛选，作者发现以甲苯为溶剂，(S)-Binaphine为配体，K₂CO₃为碱，芳基取代的氧杂环丁醇和炔烃于30 ℃反应72 h能以较高的e.r.值得到二氢吡喃类目标产物。2位带有不同取代基的氧杂环丁醇底物与炔烃进行反应时，仅得到了单一的异构体，结果表明羟基和碳原子之间的C-C键断裂优先发生在没有取代基的一侧。使用光学纯的底物时，原料中已有的手性中心不受反应的影响。

在反应机理方面，铑催化剂首先与氧杂环丁醇中的羟基和芳香环发生协同配位，促进四元环开环。随后经过两步插入反应形成二氢吡喃产物，其中第二步插入过程中的六元环过渡态是控制反应立体选择性的重要因素。K₂CO₃的作用十分重要，能使反应在较低温度下进行，这一现象与Cramer小组报道的工作很类似，作者认为碱的主要作用是促进氧杂环丁醇的开环以及后续对炔烃的插入过程。

这一成果近期发表在Chemical Science 上，文章的第一作者是上海有机所的博士研究生郭瑞和中国药科大学的硕士研究生郑欣欣。

该论文作者为：Rui Guo, Xinxin Zheng, Dayong Zhang and Guozhu Zhang

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Rhodium(I)-catalyzed stereoselective [4+2] cycloaddition of oxetanols with alkynes through C(sp³)–C(sp³) bond cleavage

Chem. Sci., 2017, 8, 3002-3006, DOI: 10.1039/C6SC05246K

导师介绍

张国柱

http://www.x-mol.com/university/faculty/15599