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化学前沿 | 华东师大高栓虎课题组Nature子刊 光烯醇化的Diels-Alder反应及其应用

来源:化学加      2017-09-29
导读: 近日,华东师范大学化学与分子工程学院的高栓虎教授课题组在国际知名杂志Nature子刊——Nature Communication上发表高水平文章,报道了他们在光促进的Diels-Alder反应方面的新突破。作者利用四异丙氧钛Ti(OiPr)4作Lewis酸,在光诱导下,促进邻甲基苯甲醛类底物形成带有烯醇式的二烯烃,进而和取代的环己烯酮类底物发生Diels-Alder反应,构建多取代的蒽醇或者蒽醌结构,即光诱导的烯醇化/Diels-Alder反应, photoenolization/Diels–Alder (PEDA),并将其用于了天然产物全合成,文章|DOI: 10.1038/s41467-017-00440-8。


图 1 包含蒽醇或者蒽醌结构的天然产物

蒽醇或者蒽醌类结构广泛存在于活性天然产物或者药物分子中,是一类非常重要的骨架,如图1a所示,是几种不同氧化态的氢化蒽醌类基本骨架,而图1b中则是一些含有蒽醌结构的活性分子代表,如北风菌素Pleurotin(5)就吸引了化学家和生物学家的注意,因为其对革兰氏阳性菌具有强大的活性,对细胞氧化还原系统也具有抑制能力。



图 2 构建蒽醇结构的方法

一般说来,构建蒽醇的方法如图2所示,包括Hauser环化反应合成对位二取代化合物V,以Michael/Dieckmann缩合的策略合成化合物VI,本文的工作则是从邻甲基的苯甲醛出发,光诱导下形成羟基取代的二烯,然后和3-位带有取代基的环己烯酮在Lewis酸条件下反应生成蒽醇结构IV。

图 3 反应条件的筛选

首先,作者以取代的邻甲基苯甲醛底物7和6当量的3-甲基环己烯酮 8在366 nm的光照射下,以3当量的四异丙氧钛为Lewis酸,干燥的二氧六环作溶剂,反应半小时,能以100%的转化率和优良的产率及选择性得到蒽醇化合物9,并由单晶确定了其结构(entry 19)。

图 4 底物扩展一

有了最佳反应条件,作者对底物进行了扩展,首先以不同取代的邻甲基苯甲醛为底物,和不同取代的3-甲基环己烯酮两两组合反应,20多个底物都取得了中等到良好的产率,甚至甾体类的复杂烯酮也都可以很好地反应,如44和45b等都有单晶确定了其结构。

图 5 底物扩展二

除了3-甲基取代的烯酮底物外,2-甲基或者烷基取代的烯酮类底物也都能很好地发生反应,如图5所示,10几个底物也都取得了优良的产率,其中56, 59和64三个化合物也都以单晶确定了其结构和立体化学。

图 6 底物扩展三

当换用四取代的双键时,74和75的反应效果和三取代双键的反应效果相差不大,可以构建相邻的季碳中心,但76和77的反应效果很差,甚至不能发生反应。

图 7 PEDA反应在全合成中的应用

有了该PEDA构建蒽醇的方法,作者也将该方法用于了天然产物Oncocalyxone B(属于cordiachrome家族的混源萜类)的全合成,其合成路线如图7所示,取代的邻甲基苯甲醛13和4-位带有OTBS的3-甲基环己烯酮在标准条件下发生PEDA反应,得到化合物88,并由单晶确定了其结构,MOM保护二级羟基得到89,Tebbe反应将环己酮羰基转化为环外烯烃得到化合物90,TBAF脱去TBS保护基,氧化并还原实现其构型翻转得到化合物91,再在酸性条件下经苄基碳正离子中间体形成带氧桥的化合物92,单晶确定了其结构。硼氢化氧化端烯得到醛化合物94,另一个差向异构体也能在碱性条件下转化为94,再在四氯化锡条件下发生缩醛化反应,得到化合物95,最后CAN氧化,得到苯醌结构,就以优秀的产率完成了目标分子Oncocalyxone B的全合成,核磁和高分辨质谱与分离文献完全一致。

总结

高栓虎课题组报道了他们利用四异丙氧钛Ti(OiPr)4作Lewis酸,在光诱导下,促进邻甲基苯甲醛类底物形成带有烯醇式的二烯烃,进而和取代的环己烯酮类底物发生Diels-Alder反应,构建多取代的蒽醇或者蒽醌结构,即光诱导的烯醇化/Diels-Alder反应, photoenolization/Diels–Alder (PEDA)反应,该方法条件温和,底物适用性广泛,作者还将其用于了天然产物Oncocalyxone B的全合成,显示了该PEDA反应的潜在应用价值。

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