Iridium-katalyserede Z-tilbageholdende asymmetriske allyliske substitutionsreaktioner

I syntetisk organisk kemi, Z-olefiner er et udfordrende syntetisk mål at producere i laboratoriet på grund af deres relative termodynamiske ustabilitet. Z-olefinerne danner en umættet forbindelse med et C _n H _2n formel, der let kan isomeriseres. Analoge reaktioner, der bruges til at syntetisere optisk aktive Z-olefinprodukter, er sjældne. I en ny rapport nu offentliggjort den Videnskab , Ru Jiang og et forskerhold ved University of Chinese Academy of Sciences i Shanghai, Kina, detaljerede en iridiumkatalyseret asymmetrisk allylisk substitutionsreaktion for at bevare Z-olefingeometrier, mens der etableres et tilstødende kvaternært stereocenter. Holdet observerede dannelsen af ​​forbigående anti-π-allyl-iridium-mellemprodukter og deres indfangning af eksterne nukleofiler (elektrondonor) før isomerisering for at danne termodynamisk mere stabile syn-π-allyl-iridium-modstykker. Resultaterne giver en lovende metode til fremstilling af chirale Z-olefinforbindelser i laboratoriet.

Olefiner

Den geometriske isomer af Z-typen af ​​olefiner observeres bredt som grundlæggende strukturer i naturen. Alligevel, Z-olefiner er forholdsvis mindre stabile sammenlignet med deres modstykker af E-typen, og derfor, det er svært at selektivt syntetisere dem i organisk kemi. Almindelige metoder til adgang til Z-olefiner omfatter den fotoinducerede isomerisering af E-olefiner, Vidende olefination, Z-selektiv krydsmetatese, Z-retentiv krydskobling og den asymmetriske tilsætning af Z-allylboron-nukleofiler til ketoner og iminer. Z-olefinerne med et homoallylisk stereocenter er ofte indlejret i forskellige naturprodukter og bioaktive molekyler for at skabe betydelig interesse for syntetisk organisk kemi. Forskere har vist evnen til at udføre asymmetriske allyliske substitutionsreaktioner katalyseret af overgangsmetaller, herunder molybdæn (Mo), palladium (Pd), iridium (Ir) og rhodium (Rh). Siden den første rapport i 1997, Ir-katalyserede asymmetriske allyliske substitutionsreaktioner har vakt intens opmærksomhed på grund af deres usædvanligt høje regio- og enantioselektive karakter. I dette arbejde, Jiang et al. rapporterede reaktioner af Z-lineære allyliske substrater med tryptaminer og tryptophol. Under den omfattende analyse af reaktionsmekanismer, de bemærkede dannelsen af ​​centrale anti-π-allyl-iridium-komplekser, før isomerisering for at danne de termodynamisk stabile syn-π-allyl-iridium-modstykker.

Forskerne undersøgte først den asymmetriske allyliske de-aromatiseringsreaktion, der involverede nukleofiler såsom N-methyltryptophol med Z-cinnamylderivater. Ved at bruge Z-cinnamylacetat, de opnåede den ønskede reaktion med en katalysator afledt af iridiumcyclooctadien (COD) chlordimer i nærvær af andre syntetiske forbindelser. Forskerne opnåede målproduktet med moderat udbytte og enantioselektivitet med et Z-type til E-type geometrisk forhold på 2:1. De optimerede derefter bestanddelene for at forbedre kvaliteten og udbyttet af de syntetiske produkter. Baseret på den foreslåede Z-retensive asymmetriske allyliske substitutionsreaktion, Jiang et al. opnået forskelligartet funktionel gruppekompatibilitet, der tolererede et bredt substratomfang. Holdet syntetiserede med succes mere end 50 eksempler på (homo) tryptophol, tryptaminer og indolsubstrater, der bærer en vedhængende carbonbaseret nukleofil ved hjælp af Z-cinnamylderivater. Næsten alle reaktioner gav et udbytte af forhold mellem Z-type og E-type større end 20:1. Eksempler omfatter de tilsvarende Z-cinnamylerede furoindoliner (forkortet Z-3aA til Z-3pA), tetrahydropyranindolin (forkortet Z-3qA), pyrroloindolines (forkortet Z-3a'A til Z-3o'A) og hexahydrocyclopentaindoles (forkortet Z-3a'′A til Z-3c′′A) med gode udbytter på op til 94 procent. Generelt, substitutionen af ​​forskellige elektroniske og steriske egenskaber ved tilgængelige positioner i indolringen havde ingen skadelig indvirkning på reaktionens effektivitet eller enantioselektivitet. Forskerne etablerede produkternes strukturer og absolutte konfiguration ved hjælp af røntgenkrystallografisk analyse. De undersøgte derefter også ydelsen af ​​D- og L-tryptophanderivaterne.

Nedstrøms transformationer

Forskerne undersøgte derefter, hvordan en række produkter fra den Z-retensive asymmetriske allyliske substitutionsreaktion let kunne undersøges i forskellige nedstrøms transformationer. For eksempel, Z-vinyliodidet af chirale furoindoliner (forkortet Z-3aS) var reaktivt over for arylboronsyrer og organozinkreagenser. This provided an alternative route to produce representative products with Ir-catalyzed, Z-retentive asymmetric allylic substitution reactions with high yields of up to 82 to 93%. The scientists evaluated the proposed Z-retentive asymmetric allylic substitution reactions by a series of analyses. They obtained the Z-cinnamylated furoindolines (Z-3aA) product with optimal results in the presence of iridium atoms in the catalyst in a molar ratio of 1:1. They then characterized the key intermediates in the catalytic cycle and elucidated their structures using nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy alongside X-ray crystallographic analysis. The team also monitored the reactions using electrospray ionization mass spectrometry and mechanistic studies. These results showed the isomerization of the complex from an anti- to the syn-π-allyl-iridium complex. Collectively, the analyses showed how the proposed Z-retentive asymmetric allylic substitution reaction successfully originated from the rapid and enantioselective capture of the transient anti-π-allyl-iridium complex by external nucleophiles, before converting it to more thermodynamically stable species.

Exploring the synthetic spectrum

The scientists also explored the extension of this iridium-catalyzed Z-retentive asymmetric allylic substitution reaction to other nucleophiles. Aside from the iridium catalysts containing Carreira-type chiral ligands that function under acidic conditions, they explored Ir catalysts derived from a Feringa-type chiral phosphoramidite ligand applied under basic conditions for this reaction mode. Som resultat, Jiang et al. used diverse nucleophiles beyond tryptophols and tryptamines. I dette tilfælde, they formed the prochiral nucleophiles from a copper (Cu) source. The independently prepared chiral cyclometallated Ir complex promoted the development of the transient anti-π-allyl-iridium complexes as well as their regio- and enantio-selective captures. The broad scope of the reaction presented more than 30 synthetic samples in good yields with excellent enantioselectivity. The scientists investigated the structure and absolute configuration of the products using X-ray crystallographic analyses. When the team used Z-cinnamyl acetate, they obtained a mixture of the desired Z-cinnamylated product and its branched isomer. The results highlighted the possibility of using the proposed protocol to accommodate diverse prochiral nucleophiles in asymmetric allylic substitution reactions. The researchers expect the work to evolve into a broadly practical method to synthesize chiral Z-olefins in the lab.

© 2021 Science X Network