通过烯丙基硼酸频哪醇酯-链烯基硼酸频哪醇酯的连串反应立体选择合成1, 4 – 二醇外文翻译资料

 2022-09-20 10:36:28

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Stereoselective synthesis of 1, 4 - diols by a tandem allylboration - allenylboration sequence.

通过烯丙基硼酸频哪醇酯-链烯基硼酸频哪醇酯的连串反应立体选择合成1, 4 - 二醇

Tony S . N. Zhao , Jian Zhao , and Kálmán J. Szabó *

Department of Organic Chemistry, Stockholm University, SE-106 91, Stockholm, Sweden

有机化学系，斯德哥尔摩大学，SE-10691，斯德哥尔摩，瑞典

链烯基硼酸酯

烯丙基硼酸酯

Zimmerman - traxler 过渡态

摘要：醛和二醛与丁二烯二硼酸频哪醇酯（加入一个硼酸频哪醇酯单元）的反应早被报道过。起初发现由烯丙基硼酸频哪醇酯反应产生的链烯基硼酸频哪醇酯中具有两个手性单元：其中一个是轴手性单元，另一个是手性碳。这个反应具有很高的非对映立体选择性。烯丙基硼酸频哪醇酯与加入的醛类化合物反应生成高立体选择性的链烯基硼酸频哪醇酯的立体构型取决于作为底物的醛。通常芳香二醛与丁二烯二硼酸频哪醇酯反应可以生成三个新的高选择性的非对映立体选择性的立体异构中心。

1 , 4-二羟基萘是天然产物的一个特征结构。这个结构出现在生物合成卡那霉素衍生物的中间体中[ 1 ]，相关的化合物具有细胞毒活性及抗菌作用（图1）[ 2 ]。

dihydroaltersolanol A

Luisols A and B

图1.天然产物中的1 , 4-二羟基萘特征结构图例

Barlueng和他的同事们[ 3 ]已经证明了，1 , 4-二羟基萘这种特征环结构可由环加成反应生成，与此同时，Morken和他的同事们[ 4 ]报道丁二烯二硼酸频哪醇酯原始结构是跟随烯丙基硼酸频哪醇酯连续与二醛反应的生成闭环的手性1 , 4-二醇。Roush和他的同事们[ 5 ]也发表了利用烯丙基硼酸频哪醇酯和两个不同的醛合成1 , 5-二醇的原创性工作。

基于不饱和丁二烯二硼酸频哪醇酯的合成方法已在有机合成领域成为热点[ 4，6 ]。我们假设丁二烯二硼酸频哪醇酯（例如1）是一个极好的合成子，能够高立体选择性的合成1 , 4-二醇（图2）。最近，我们报道了一个高效的基于催化丁二烯二硼酸频哪醇酯合成此类丙炔基环氧化合物的方法[ 7 ]。

5

4

3

手性轴

手性碳

（5）

（5）

2

1

链烯基硼酸酯

烯丙基硼酸酯

图2.二醛类化合物和丁二烯二硼酸频哪醇酯的反应

化合物1与二醛类化合物（2）的反应可能是由烯丙基硼酸频哪醇酯和羰基所引发[ 8 ]。烯丙基化方法早已经被广泛用于非对映选择性合成高烯丙醇[ 9，10 ]。烯丙基硼酸频哪醇酯1和羰基类化合物的反应具有广泛性和特定性。反应为链烯基硼酸频哪醇酯3提供了两种类型的手性单元。一个手性单元是轴手性单元（链烯基硼酸频哪醇酯），另一个是手性碳单元（羟基所连碳）。因此，化合物1和化合物2的反应可能会生成两个非对映形式的化合物3。据我们所知，链烯基硼酸频哪醇酯反应创建的手性轴中心和手性碳中心还从未被研究过。因此，在这个过程中的反应性和立体化学结构将会被更乐意研究，通常链烯基的反应（创建两个相邻的手性碳原子）具有很高的非对应立体选择性。

含羰基基团的链烯基硼酸频哪醇酯已经被应用[ 11 ]于合成高对映选择性的高炔丙基醇[ 12 ]。因为中间体3连有一个链烯基单元，它可以与另一个羰基基团反应生成另一个手性中心（例如，4）。这个立体化学结果同样也引起了化学工作者们的高度关注，链烯基硼酸频哪醇酯和含羰基基团类化合物的这个反应已经生成有两个手性中心（即，化合物3），但是，仍然有大量的未知领域值得我们去探索研究。

现在，我们发现丁二烯二硼酸频哪醇酯1a-c确实与醛类化合物2a-j反应得到1,4-二醇类化合物4a-l（表1）。

表1 . 丁二烯二硼酸频哪醇酯与醛类化合物的反应

a方法A：混合化合物1（0.30 mmol），化合物2a-d，化合物2i-j（0.62 mmol）或者化合物2e（0.35 mmol），在80℃下，以甲苯（1.5 ml）为溶剂搅拌反应。方法B：化合物1（0.30 mmol），化合物2a（0.62 mmol）或者化合物2e-h（0.35 mmo），化合物5（0.06 mmol），在25℃下，以甲苯（1.5 ml）为溶剂搅拌反应。b分离产率含有两个对映异构体。分离样品的同分异构体纯度在括号中给出。c粗产物中化合物4的dr值由1H NMR测定。

降低反应温度通常可以提高烯丙基硼酸频哪醇酯反应的立体选择性。加入布朗斯特酸可以活化烯丙基硼酸频哪醇酯[ 13 ]和联烯基硼酸频哪醇酯的反应[ 12b-d ]。我们发现像对苯甲磺酸这类强酸能够使化合物1分解，因此它们不能被用作这个反应的催化剂。然而，五氟苯甲酸5是一个足够强的布朗斯特酸能够活化硼酸频哪醇酯Bpin基团且不会诱导化合物1分解。

如上图所示（图 2），化合物1和二倍当量的醛类化合物（2）反应生成的产物4中含有三个新的立体中心；因此，这个反应将会产生四个非对映异构体。尽管这样， 两个非对映异构体能够在具有良好产率的情况下公平的生成取决于所使用的醛类化合物2所使用种类。双硼酸频哪醇酯1a很容易与连有吸电子基团（2 a，2 c）（条目1-2和4）和给电子基团（2 b）（条目3）的芳香醛类化合物（两当量）2 a- d反应。通过核磁共振氢谱可以计算出粗产物中两个非对映异构体（可能四种）的比例在3：1到4：1之间变化。通过硅胶纸层析法可以很容易的分离出这两个非对映体，因此，纯的非对映体实际上是极有可能被得到的。最终产品主要的非对映体的纯度在表1产量下方的括号中给出。观察室温时加入化合物5（方法B）或者加热至80℃下（方法A）两中方法中产物的立体选择性，发现两种方法对于粗产物4a的立体选择性只有较小的影响。脂肪醛2d也能够很容易反应得到相对应的产物4d。

二硼酸频哪醇酯1a同样也能够和各种各样的二醛类化合物2e-h（条目6-10）甚至包括杂环二醛类化合物（2g-h）反应得到1，4-二羟基萘的衍生物4e-h。二硼酸频哪醇酯与二醛类化合物2e、2g和2h反应的选择性与单醛的立体选择性相当。有趣的是，当温度降低到室温同时使用化合物5作为催化剂（方法B）时，1a和2e的反应具有了更高的选择性（比较条目6和条目7）。奈基二醛类化合物2f与1a的反应具有更高的选择性（dr 95：5），同时，产物也具有卓越的产率和非对映体纯度（条目8）。杂环醛类化合物2g-h（条目9-10）热稳定性较差，因此，反应只能在室温下通过方法B进行。

环状双硼酸频哪醇酯1b-c也很容易跟对硝基苯甲醛2a反应分别得到4i和4l，分别对应着条目11和14。在这种情况下，有四个新的立体中心在该反应中产生，因此从统计学上预计将有8个非对映体。但是，我们只能得到3:1比例的两个非对映异构体。采用硅胶柱层析方法进行进一步的纯化，得到高纯度的4i和4l的主要非对映体，其比值约为9 : 1。可能是由于空间位阻的原因，二醛类化合物2e不能与环状双硼酸频哪醇酯1b-c反应（见下文）。然而，这些醛的前体2i和2j却很容易与环状双硼酸频哪醇酯1b反应。残留的水将甲醛从2i中释放出来，引发了1b的羟甲基化反应生成4j（条目12）。在这个过程中，可能只有两个非对映异构体生成，它以优良的选择性提供了一个单一的非对映体4j。丙烯酸醛具有强吸湿性和剧毒性，所以很难进行后处理。缩醛类化合物2j（与残余水反应）易得丙烯酸醛，它可以和1b反应，以3:1的比例得到8种可能的二个非对映异构体。经硅胶柱层析纯化后，能够获得纯度较高的化合物4k的主要非对映异构体（条目13）。化合物4k是一种具有立体结构且非常实用的一类化合物，能够作为格拉布斯复分解反应中环己烯前体[ 14 ]的一类物质[ 15 ]。

我们已经简单的研究了丁二烯二硼酸频哪醇酯类化合物1与醛类化合物的反应机制。当在表1所示的反应时间之前停止反应或者使用少于2当量的单醛（如2a）反应时，就能观察链烯基硼酸频哪醇酯中间体3。在化合物1c与仅1当量的化合物2a（也参见条目11）反应时，我们成功的分离了化合物3l（图3）。

1当量

图3.链烯基硼酸频哪醇酯中间体3l的分离

链烯基硼酸频哪醇酯3 l可以通过硅胶柱层析方法进行纯化，但是事实证明，它相当不稳定，在纯化后的几个小时后就会分解。通过粗反应混合物和纯化样品的检测表明，化合物3l形成了一个单一的非对映异构体，说明化合物2a和化合物1c的链烯基硼化是一个具有高度立体选择性的过程。尽管尝试多次，我们依旧不能阻止化合物1a和化合物2a反应生成化合物3l。即使化合物1c仅与1当量的化合物2a反应，也会形成化合物3l和化合物4l的混合物，所以中间体3l可能比化合物1c具有更高的反应活性。

反应4a-1的主要非对映异构体是抵制结晶的油，同样，我们试图获得4a-1的主要非对映异构体的晶体衍生物，但最终没能得到。

然而，我们采用dNOE技术能够确定化合物4e（条目6-7）中的主要非对映异构体的手性中心的相对构型。

这让我们想起单醛立体诱导的机制，如化合物2a，双醛的立体诱导机制，如化合物2e，在图4-5中已经给出。第一步是化合物2a和化合物1a反应的链烯基硼酸频哪醇酯（图4），继续通过齐默尔曼-特拉克斯勒模型 6a得到3a。

图4单醛类化合物（以2a为例）生成无环产物（以4a为例）反应的反应机理和立体构型

R = minus;CH2CH2Ph. Ar = 异氰酸对硝基苯

在化合物6a中芳基应该在平伏键位置而两个硼酸频哪醇酯基团拥有一个几何体，如在化合物1a中一样。化合物1a到3a序列可能具有较高的非对映选择性，通过粗反应混合物的核磁分析发现，只有一个单一的立体异构体，进一步证实了高非对映选择性的说法（见上）。

下一步是外加醛2a的链烯基硼脂化，在化合物7a中，硝基苯基团避免了与苄基硝基苯基团的空间位阻的相互影响（前面反应步骤中已经提到过）。然而，在化合物6a中出现了硝基苯基团与轴向甲基具有空间排斥作用。化合物7a′中，硝基苯基与苄基硝基苯基基团相互碰撞但是苄基硝基苯基团排斥力减轻。这两个大基团的碰撞可能对于反应非常的不利，因此，通过化合物7a出现了化合物4a的主要非对映异构体。

图5二醛类化合物（以2e为例）反应的反应机理和立体构型。

R=-CH2CH2Ph

最初的反应步骤以及立体选择性可能和图5中的二醛类化合物2e以及图4中单醛类化合物2a相类似。因此，与链烯基硼酸频哪醇酯反应后最终得到化合物3e，这与化合物3a相对立体化学原理一样。接下来是化合物2e的第二个醛羰基的链烯基硼酸脂化，这一步通过过渡态 7e来实现，化合物7e的醛羰基和芳香环上的pi;电子平面上共轭。这种过渡态促进得到化合物4e的主要非对映体。此外，过渡态7e甚至7a中甲酰基既组成含羟基的六元环又形成OBpin基团（见上述烯丙基硼化步骤）。类似稳定的所谓的甲酰基Cminus;Hhellip;O过渡态作用，科里和他的同事曾经报道过[ 16 ]。

另一种方式是通过过渡态7e′链烯基硼化得到过渡态7e，过渡态7e′的醛羰基和芳香环体系并不能共轭。因此，将过渡态7e′视为不良过渡态，它只能得到很少量的化合物4e非对映异构体。

综上所述，丁二烯二硼酸频哪醇酯类化合物1反应性稳定，通常对单醛和二醛类化合物具有较高的选择性。该反应产生了三到四种具有超高选择性的立体异构中心。然而，在大多数反应中，只得到两种在立体选择性上有用的非对映体。该反应特别有趣的是，第一次烯丙基硼化中得到高立体选择性的链烯基硼酸频哪醇酯，第二步则是由链烯基硼酸频哪醇酯

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