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南方醫(yī)科大學麥少瑜課題組Angew:利用碘葉立德策略實現(xiàn)環(huán)狀1,3-二羰基化合物的Suzuki型α-芳基化

來源:化學加      2024-02-26
導讀:迄今為止,實現(xiàn)環(huán)狀1,3-二羰基化合物,尤其是雜芳環(huán)1,3-二羰基化合物的α-芳基化仍然具有巨大的挑戰(zhàn)性。近日,南方醫(yī)科大學麥少瑜課題組開發(fā)了一種新穎且簡便的“環(huán)狀碘葉立德”策略,在銠催化以及無需外源堿的條件下,成功地實現(xiàn)了(雜)環(huán)1,3-二羰基化合物的Suzuki型α-芳基化。該策略首先將(雜)環(huán)1,3-二羰基化合物轉化為相應的環(huán)狀碘葉立德形式(可原位形成),隨后與有機硼試劑發(fā)生Suzuki型卡賓偶聯(lián)反應,即可得到各種結構多樣且先前難以制備的芳基化產(chǎn)物。相關工作發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.上(DOI:10.1002/anie.202400741)。

高效合成2-羥基聯(lián)芳基化合物是合成化學、藥物化學和材料科學的重要目標。其中,2-芳基-(雜)環(huán)1,3-二羰基化合物屬于一類結構特殊的2-羥基聯(lián)芳衍生物,廣泛存在于農(nóng)用化學品、生物活性分子和天然產(chǎn)物中(圖1a)。目前,這類分子的制備缺乏通用且高效的方法,并且缺乏有效的方法將這類片段在后期引入復雜分子的。因此,它們的制備通常需要多步操作、苛刻的反應條件以及使用高毒性的試劑(如Pinhey芳基化)。在已報道的方法中,原料易得的環(huán)狀1,3-二羰基化合物與芳基鹵代物的交叉偶聯(lián)被認為是最理想的方法;然而,與非環(huán)狀1,3-二羰基化合物的α-芳基化不同的是,這種策略對環(huán)狀底物的適用性較差,這是由于反應過程中形成了高度穩(wěn)定的金屬烯醇化物,導致還原消除變得困難,當鄰位取代的偶聯(lián)組分參與時,這種現(xiàn)象尤為明顯 (圖1b)。目前,最通用的方法是Ball課題組近期報道的一種化學計量鉍試劑介導的策略,利用鄰取代芳基硼酸實現(xiàn)的1,3-環(huán)二酮的α-芳基化,但是這個方法通常需要在一鍋中操作3到4步,并且所用的鉍試劑的合成需要4步以上 (Angew. Chem. Int. Ed. 202261, e202210840)。此外,對于雜芳環(huán)1,3-二羰基化合物的α-芳基化的研究鮮有成功的報道。因此,如何實現(xiàn)一種催化的、通用的α-芳基化反應仍然是重要的科學問題。    

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圖1  (a) 2-芳基-(雜)環(huán)1,3-二羰基化合物的重要性; (b)目前的合成方法

為此,南方醫(yī)科大學麥少瑜課題組在前期的研究基礎上,開發(fā)了一種新穎且簡便的“環(huán)狀碘葉立德”策略來解決以上問題,實現(xiàn)了(雜)環(huán)1,3-二羰基化合物的Suzuki型α-芳基化(圖2)。該方法具有反應條件溫和、操作簡單、無需外源堿、生物兼容等優(yōu)點,并且表現(xiàn)出優(yōu)異的底物耐受性,尤其能兼容各種具有挑戰(zhàn)性的雜芳環(huán)1,3-二羰基化合物、具有位阻的或對堿敏感的芳基硼試劑等。由于廣泛的官能團耐受性,該方法允許在高度復雜的分子中安裝這類雜環(huán)1,3-二羰基片段(例如紫杉醇)。更值得注意的是,對于之前需要多個合成步驟的藥物分子或者天然產(chǎn)物,該策略能為它們的制備提供一個明顯簡化且高收率的合成路線。    

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圖2 碘葉立德策略實現(xiàn)環(huán)1,3-二羰基化合物的α-芳基化

底物普適性考察表明,該方法能兼容廣泛的官能團,如酯、酮、腈、苯酚、芳基氯、溴化物,甚至碘化物;一系列具有挑戰(zhàn)性的鄰位取代的芳基硼酸以及對堿敏感的芳基硼酸都能成功的兼容。此外,作者還探索了一系列與藥化相關的(雜)芳環(huán)1,3-二羰基化合物的兼容性。結果顯示,該策略可以擴展到不同的(雜)環(huán)骨架,如2-吡啶酮,2-喹啉酮,2-嘧啶酮,噠嗪-3-酮,2-吡喃酮,(硫代)色烯-2-酮,和萘-1,4-二酮,并且,還能兼容各種含有敏感N-H鍵的雜環(huán)。為了進一步體現(xiàn)該策略在合成上的應用價值,作者展示了大量復雜分子的后期修飾,均能成功地安裝這類雜環(huán)1,3-二羰基片段(圖3)。    

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圖3 后期修飾

由于該新策略可以兼容雜芳環(huán)1,3-二羰基化合物以及允許后期芳基化,作者還展示了一系列的合成應用(圖4)。結果表明,該策略為先前需要多個合成步驟的生物活性分子或天然產(chǎn)物的制備,提供了一個明顯簡化的合成路線(圖4)。其中,傳統(tǒng)中藥桑黃來源的成分phelligridin A之前的合成需要7步,利用新開發(fā)的方法只需2步就能以40%的分離收率得到目標產(chǎn)物,并且無需柱層析純化。該方法還體現(xiàn)了在phelligridin A以及benzosimuline類似物的模塊化合成中的獨特優(yōu)勢,為相關藥物化學研究提供了重要的方法。

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圖4 合成應用

總結

作者利用碘葉立德策略實現(xiàn)了環(huán)狀1,3-二羰基化合物的Suzuki型α-芳基化,此新穎且實用的方法解決了之前金屬催化的直接α-芳基化難題,為具有重要醫(yī)藥意義的2-芳基-(雜)環(huán)1,3-二羰基衍生物的合成提供了新的思路。該研究成果得到了國家自然科學基金青年項目、廣東省青年基金項目等經(jīng)費的大力支持。南方醫(yī)科大學中醫(yī)藥學院碩士研究生梁明軒和何夢玲是該論文的共同第一作者,已畢業(yè)的鐘智卿碩士也在前期探索中發(fā)揮重要作用。麥少瑜副教授和杜慶鋒教授為本文的通訊作者。

人物簡介

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麥少瑜,南方醫(yī)科大學中醫(yī)藥學院副教授,碩士生導師。2014年南方醫(yī)科大學中醫(yī)藥學院本科, 2019年華僑大學化工學院博士學位(導師:宋秋玲教授)。2020年6月加入南方醫(yī)科大學開始獨立科研工作,主要研究方向為高價碘參與的新反應、新合成策略的開發(fā)。獨立工作以來,以通訊作者身份在Angew. Chem. Int. Ed. 、Org. Lett.、Org. Chem. Front.等國際著名期刊發(fā)表研究性論文多篇。近年主持了國家自然科學基金青年項目、廣東省區(qū)域聯(lián)合基金-青年基金項目、廣州市青年博士“啟航”項目等。    

文獻詳情:

Mingxuan Liang, Mengling He, Zhiqing Zhong, Bei Wan, Qingfeng Du, Shaoyu Mai. Catalytic and Base-free Suzuki-type α-Arylation of Cyclic 1,3-Dicarbonyls via a Cyclic Iodonium Ylide Strategy. Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202400741. https://doi.org/10.1002/anie.202400741

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