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碳碳键构建的新方法:醛酮经由腙的交叉偶联

 

 碳碳键的构建是有机合成化学的核心传统的格反应、狄尔斯-阿尔德反应、魏悌息反应、羟醛缩合反应等的价值就在于其解决了碳碳键构建中的某一关键问题。近代有机合成的发展越来越多地依靠过渡金属催化的交叉偶联反应:按照传统的模式不能直接反应的亲电组分亲核组分,在过渡金属的存在下经由与传统反应不同的机理结合在一起。

 

 

过渡金属催化的交叉偶联反应经过几十年的发展,已经建立起了一系列高效的碳碳键构建方法,例如Heck反应,Suzuki-Miyaura偶联,Negishi偶联,Stille偶联,Sonogashira偶联等。这些方法学在药物合成,化学生物学,以及材料科学领域发挥重要作用。然而该领域仍然存在许多挑战和机遇,包括如何进一步提高反应的效率、选择性和原子经济性,以及拓展反应的普适性等时至今日,过渡金属催化的交叉偶联反应依然是有机合成化学中非常活跃的部分,其研究的重点之一是将过渡金属催化和自由基化学、卡宾化学、电化学、光化学等领域相结合,进一步拓展偶联组分以及反应模式范畴

醛酮等羰基化合物作为最基本的化合物在有机合成中扮演非常重要的角色醛酮丰富的反应活性主要来源于羰基碳的亲电性和α-氢的酸性例如有机合成中应用非常广泛的反应,包括格式试剂加成反应、魏悌息反应羟醛缩合反应α-碳氢键烷基化、芳基化反应等等,都与醛酮的这些性质相关。如果将醛酮转化为相应的三氟甲磺酸烯醇酯-OTf则其可以作为烯基亲电试剂在过渡金属催化下参与偶联反应这是一类发展完善的间接利用醛酮作为偶联组分的方法。此外,通过将醛酮与对甲苯磺酰肼TsNHNH2简单缩合得到的对甲苯磺酰腙=NNHTs,也是一类非常重要的合成子,可以经由Shapiro反应Bamford-Stevens反应得到官能团化的烯烃。特别是Shapiro反应可以将酮转化为烯基亲核试剂来参与反应,这一特殊的转化模式在有机合成中得到了很多应用,例如,该反应是紫杉醇全合成中的关键步骤之一。

由于醛酮化合物的广泛存在及其在有机分子的转化中不可替代的作用进一步发展基于醛酮化合物的新的转化模式是重要科学问题近年来人们发现对甲苯磺酰腙可以在过渡金属催化下经由重氮化合物中间体参与偶联反应,基本过程包括原位生成重氮化合物、金属卡宾的形成和金属卡宾的转移插入。这一类基于金属卡宾过程偶联反应的发展使得醛酮可以作为偶联组分参与交叉偶联反应,极大拓展了醛酮化合物在有机合成中的应用王剑波课题组在过去的十多年里在该领域开展系统工作,发展了一系列醛酮为起始物经由腙的交叉偶联反应。最近,他们Journal of the American Chemical Society》主编撰写Perspective论文归纳总结并展望醛酮经由对甲苯磺酰腙参与的过渡金属催化卡宾偶联反应的展。

Perspective论文根据醛酮偶联反应中新形成碳碳键的种类,将这些转化大致分为四类:a) 醛酮作为烯基偶联组分在羰基碳上形成碳碳单键得到多取代烯烃b) 醛酮的羰基碳氧双键生成碳碳双键或联烯烯酮烯酮亚胺等累积双键c) 醛酮作为烷基偶联组分,形成碳碳单键得到烷基化的偶联产物d) 醛酮作为双亲试剂在羰基碳原子上同时形成两根碳碳单键在介绍了这四类反应的最新进展后,该综述又分别对其进行了系统的总结和展望,指出了该领域还存在的问题以及可能的发展方向,对醛酮化合物在有机合成中的应用以及金属卡宾交叉偶联领域的发展都具有重要的指导意义。

 

 

Perspective论文的第一作者是王剑波课题组2015毕业博士研究生夏莹,目前在四川大学华西公共卫生学院(华西第四医院)和生物治疗国家重点实验室独立开展工作。夏莹和王剑波为本论文共同通讯作者。相关的研究受到北京分子科学国家研究中心、教育部生物有机分子工程重点实验室科技部和国家自然科学基金委支持。

论文链接:

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