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教科书级经典反应再现新进展,光催化[2+2]环加成制备氮杂环丁烷
发布时间:2020-9-10 来源:纳米人 浏览:1215次


第一作者:Marc R. Becker通讯作者:Corinna S. Schindler通讯作者单位:密歇根大学

研究背景和意义分子间[2+2]光环化反应是一类有效的合成高张力4元环产物的方法,虽然该方法普遍用于环丁烷/氧杂环丁烷的合成,目前氮杂环丁烷的合成仍难以实现。
4元环结构的高张力杂丁环结构在药物领域受到广泛的关注,因为其三维结构中拥有高密度sp3结构展现了特异性化学空间,具有更好的药代动力学特性和毒理学益处

主要内容有鉴于此,密歇根大学Corinna S. Schindler等报道了一种通过可见光辅助合成策略,实现了经由oximes的三重态(2-异恶唑啉-3-羧酸盐)进行反应。这种oximes的反应性通过Ir基光催化剂的能量传递作用提高了反应性,从而得以对大范围烯烃进行[2+2]成环反应。作者在底物拓展中发现,该反应操作方法简单方便,条件温和,大量底物兼容,从方便易得的前体有机物得到官能团化的氮杂环丁烷物种。尤为重要的一点在于,生成的氮杂环丁烷官能团能够脱除生成无保护的氮杂环丁烷。


图1. 反应Scheme


前期重要工作

Functionalized Azetidines Via Visible Light-Enabled Aza Paternò-Büchi ReactionsNat. Commun. 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-13072-x.

Marc R. Becker, Jolene P. Reid, Katie Rykaczewski, Corinna S. Schindler. ACS Catal. 2020, 10, 4387−4397. 


反应实施

图2. 反应设计和实施

反应实施。将1.5倍量正己烯(13)、1倍量环状结构的2-异恶唑啉-3-羧酸盐(14)作为反应物,1~2 mol % fac-[Ir(dFppy)3]作为光敏剂,在MeCN中35℃中蓝光LED(427 nm)进行光反应,以94 %的收率对烯烃和亚胺双键进行[2+2]光环化。作者考察了多种不同氧化还原电位的Ir光催化剂、Ru光催化剂,发现18fac-[Ir(dFppy)3]的III*/IV半波电位为-1.28 V,II/III*半波电位为+0.36 V,能获得最高的产物收率。


底物拓展

图3. 底物拓展

底物拓展。该反应的烯烃底物端兼容气态乙烯底物,兼容带有氰基、酰胺基、羟基、N-Ts基、吡啶氧基、对磺酰苯酯基、芳基酯、酚基、TBSO、烷基酯、硅烷基、CF3、BPin基等官能团,兼容环辛烯、环己烯、4甲基乙烯、带有螺环结构的烯烃。
反应机理

图4. 反应机理Scheme机理研究。IrIII光敏剂受光激发,形成IrIII*,随后对2-异恶唑啉-3-羧酸盐(14)中的亚胺双键活化形成三重态(),随后与烯烃进行[2+2]光环化反应得到中间体。该步过程中当异恶唑啉底物为单取代,反应更容易在底物中位阻较小的位点进行。在中间体生成C-N键后,得到氮杂环丁烷产物分子。

作者简介

Corinna S. Schindler教授,2004年于慕尼黑工业大学毕业,2010年于苏黎世联邦理工学院获博士学位(导师:Erick M. Carreira)。随后2010-2013年间在哈佛大学进行博士后研究(导师:Eric N. Jacobsen)。2103年入职密歇根大学科学与艺术学院。https://www.schindlerresearchgroup.com/

参考文献及原文链接

Marc R. Becker, Emily R. Wearing and Corinna S. Schindler*. Synthesis of azetidines via visible-light-mediated intermolecular [2+2] photocycloadditions, Nature Chemistry 2020DOI: 10.1038/s41557-020-0541-1https://doi.org/10.1038/s41557-020-0541-1