JACS:双金属催化环氧化物异构化为烯丙醇

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   从亲核取代到过渡金属催化的交叉偶联,这些转化利用了亲电试剂的丰富反应性。环氧化物是有机化学中最重要的合成子,可以在碱性条件下重排成烯丙醇,这种重排是氧化还原中性的,但因为使用强碱会不可避免地产生各种副反应,例如,亲核开环和α-去质子化反应。因此,由环氧化物合成手性烯丙醇的方法也是有限的。


近日,康奈尔大学Song Lin等人公开了使用Ti和Co双催化在温和条件下将环氧化物异构化为烯丙醇的基本氧化还原中继策略。作者为了避免使用碱促进剂,在相同的催化循环中组合一对单电子氧化和还原事件,这种策略被命名为自由基氧化还原中继(Scheme 1A)。相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.上(DOI: 10.1021/jacs.9b04993)。


(来源:J. Am. Chem.Soc.


作者设想通过引入Co助催化剂,利用TiIII良好的反应性来诱导环氧化物均裂开环(ERO,Scheme 1C )。 β-C处的自由基诱导γ-位的C-H键弱化,使氢原子转移(HAT)与CoII催化剂一起提供所需的烯烃官能团。然后该催化中间体可以用TiIV-醇盐进行质子转移/电子转移(PT/ET)以输送所需的烯丙醇并再生TiIII和CoII催化剂。因此,催化剂对该反应的成功实施至关重要,该催化剂将适应相同催化循环中关键ERO、HAT和PT/ET步骤的热力学和动力学。


首先,作者评估了Ti和Co催化剂的各种组合(Table 1)。作者发现,Cp2TiCl2(10 mol%)和[Co] 5(5 mol%)的催化剂组合在Zn(20 mol%)和Et3N·HCl (2当量)条件下能够高效促进环氧化物1a转化为所需产物2a,收率为99%。


(来源:J. Am. Chem.Soc.


在最佳条件下,作者考察了各种环氧化物的异构化反应(Scheme2A)。单和四取代的环氧化物是具有挑战性的底物。三取代环氧化物1k给出了不同比例的区域异构烯烃,[Co4有利于生成endo产物(71:29),[Co] 5有利于生成exo产物(39:61)。无碱条件允许形成2lo没有酸性C-H的差向异构化。将富含对映体的环氧化物1s1t转化为相应的醇,构型完全保留。Ti/Co双催化体系也成功应用于几种环氧化物的非对映异构体混合物的动力学拆分(Scheme 2B )。作者使用环氧化物1aa1ab来确认自由基中间体(Scheme 2C)。结果表明,在缺电子[Co] 5存在的情况下,HAT过程具有更快的速率,并且与跨环环化是竞争过程。与先前关于Ti介导的环氧化物异构化的工作相比,这种双催化体系显示出与测试的几种底物互补的化学选择性(Scheme 2D)。


 

(来源:J. Am. Chem.Soc.


最后,作者使用手性Ti络合物开发了一种对映选择性方案(Scheme 3A)。很少有方法可用于合成对映体富集的环状烯丙醇。Kharasch-Sosnovsky反应能够使烯丙基C-H键官能化,但通常具有低对映选择性和官能团耐受性。碱介导策略需要强碱和手性胺催化剂,前者排除了碱敏感底物,后者通常需要多步合成。考虑共轭烯酮时,Corey-Bakshi-Shibata还原也不尽如人意。使用环氧环己烯(1a),Kagan的络合物11与[Co] 8反应可以81%的产率产生13a,ee为83%。对映选择性异构化的范围可以扩大到各种内消旋环氧化物(Scheme 3B)。


(来源:J. Am. Chem.Soc.


最后,作者提出了环氧化物异构化的协同双催化循环的反应机制(Scheme4)。


(来源:J. Am. Chem.Soc.


结语:康奈尔大学Song Lin等人使用Ti/Co氧化还原中继催化实现了氧化还原中性的环氧化物异构化,还发现了非对映体环氧化物的拆分和内消旋环氧化物的去对称化。该工作代表了在没有化学计量还原剂的情况下Ti氧化还原催化的罕见实例。



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