钯催化构建七元硅环：1,7-烯炔羟基环化制备苯并七元含硅骨架外文翻译资料

 2023-01-04 11:42:14

钯催化构建七元硅环：1,7-烯炔羟基环化制备苯并七元含硅骨架

原文作者：Kohei Takamoto, Shohei Yoshioka, Hiromichi Fujioka, and Mitsuhiro Arisawa.

单位： 大阪大学药学研究科，山田大和1-6，日本大阪吹田565 – 0871。

摘要：发展了一种钯催化的1,7-烯系羟基环化反应，生成了7元硅烷环骨架(1H-benzo[b]-silepine骨架)。这是第一个由烯类化合物用钯催化剂生成七元环的例子，也是第一个由烯类化合物羟基环化生成七元硅环的例子。

关键词：七元硅烷环 羟基环化 过渡金属催化C-Si转化

硅原子和碳原子在几个关键方面有所不同，包括共价半径和电负性，因此硅通过它的beta;-硅基效应对化合物具有特殊的反应活性，例如Hosomiminus;Sakurai反应1。此外，当一个碳原子被硅原子取代（C-Si转化），有机化合物的化学和物理化学性质经常发生剧烈变化2。从Barcza的硅甾体类药物研究之后4，C-Si转化就已经被广泛研究3，这一策略目前已经被广泛的应用于新型药物以5及发光材料6和气味化合物7的开发之中。此外，全新的含硅化合物的碳类似物的合成，是十分困难甚至是无法完成的，也有望具有非常有趣的性质。因此，对含硅化合物反应的探索和对硅环化合物合成方法的发展仍然是合成化学研究的前沿领域。

尽管在过去的十年中，已经发展出了许多制备五或六元硅烷环的方法，但是七元硅烷环的制备方法还未被探索。

在七元硅烷环的合成中，C-Si键的形成往往依赖于亲核进攻氯硅烷8。文献报道了通过快速真空热解（FVP）9的[3.2.0]开环异构化，自由基环化10，硅环丁烷开环异构化11，烯元转塔(Grubbs first catalyst)12，分子内氢硅酰化13等方法构建七元硅环（见图表S1）。然而，除FVP方法外，这些传统方法都只能一较低的产率得到相应的七元硅环。因此，尽管含有杂原子的七元硅烷环，如1H-benzo[b]-silepine在药物化学中具有重要作用15，但是由于缺乏合成方法，七元环的功能性和重要性尚未明确14。因此，开发新型七元硅烷环结构的方法是十分必要的。

过渡金属催化的烯烃环化是一种从分子复杂度较低的非环前体中获得环结构16的有效方法。因此，有几个关于1,7烯烃环化生成七元环的报道，如利用Au作为pi;-acid催化剂17通过Mo催化烯烃的复分解反应18。其他的例子包括Ru催化的1,6烯烃环化反应19，Pt催化的1,6烯烃环化反应20。但是，由于环结构在产品和含金属环过渡态下的应变，使得七元环的结构获得相对困难，尚未有过探索。此外，有引入羟基官能团的羟基环化异构化的研究更是少之又少，例如，曾有过以Au(I)23和Hg(II)24为催化剂由1,7-烯类化合物生成六元环的羟基环化反应的报导。

在此，我们报道一种含有烷基和烯丙基硅烷的烯炔化合物的羟基环化，在Pd(dba)2和AcOH的催化下形成七元硅环的方法。而钯催化烯炔环异构化或羟基环化制备七元环化合物的研究尚未见报道。这种环化反应可以通过在硅环产物的3位引入羟基来完成。

我们制备了烯丙基(2-乙基苯基)二甲基硅烷(1a)，将其置于各种反应条件下，包括不同的溶剂和温度(表1).我们用Pd2(dba)3和乙酸这两种常见的环异构化条件，生成了环异构化产物2a和3a，产率分别为32%和27%（run 1）。当乙酸的用量增加，3a的产率增加到了51%（run 2）。当反应混合物稀释至0.01M溶液，3a的产率到达了62%（run3）。但是，当使用了磷配体，环异构化产物3a没有生成，2a产率在24%和72%。相应的（run3和run4），我们把钯催化剂从Pd(dba)3换成Pd(dba)2 25，并对溶剂进行了筛选（run6-9）。低极性溶剂，如甲苯和庚烷，当我们在反应系统中添加分子筛3A26，在95°C反应，（run10-11）效果良好，产率有所增加。当Pd(dba)2催化剂用量减少时，3a的收率略有提高(run 12和run 13)。相比之下，乙酸的量减少时，3a的产量下降(run14minus;16)。

表1 1a-3a羟基环化反应的优化

之后我们测试了其他金属催化剂27，即RuHCl(CO)(PPh3)3, RuH2(CO)(PPh3)3,和Gubbs第二代催化剂-三甲基（乙烯基）硅烷28，而非Pd(dba)2-AcOH。但是，这些控制实验没有表现出1a转化为2a或者3a。我们还应用pi;-酸催化剂于这一环化反应，包括了Au23，29,Hg24,Ru30,Pt32,Pd31，但是没有一个生成了羟基环化产物3a（见支持信息表S1）。

表2 取代基对炔烃、烯丙基硅烷和硅原子部分

之后我们研究了取代基对烷基和烯丙基硅烷基团的影响。甲基或三甲基硅烷取代的烷基化合物1b和1c以微量产率转化为相应的羟环化产物或未发生反应（表2）。碳类似物1d和氮类似物1e在这些条件下没有反应，可能是由于缺少由1a在此七元环环化反应中的硅原子提供的beta;-效应。利用烯丙基硅烷上有取代基的底物1f，只得到了低收率的期望羟基环化化合物。化合物1g，有一个二苯基取代的硅原子，在Thorpeminus;Ingold效应33下以60%的产率转化为3g。

我们同样研究了取代基对苯环的影响，确定了这种羟基环化的范围、局限性和机理。底物1受到表1反应13的条件的影响，化合物1i,1j,1p和1q在四号和五号位的供电子取代基转化为羟基环化产物3i, 3j, 3p, 3q，反应稳定且产率较高（表3）。与之相反，在三号位的氟取代基的丙烯基硅烷1l，生成的产物3l产率只有35%。因此，3号位上的小取代基对反应有利。取代基在6号位的化合物1k和1o没有反应。带有吸电子取代基的化合物3l、3n和3r，只观察到了较低收益率。这些结果表明，吸电子基团削弱了炔与金属之间的配位。1、2、3-三取代基(1h和1l)和1、2、6-三取代基(1k和1o)形成了鲜明的对比，尽管它们在邻位上的取代基分别相对于2-炔基和1-烯丙基硅烷基团。5-甲氧基取代化合物1j的收率为72%，产物是3j。相比之下，5-氟代化合物1n产出3n的产率仅为12%。这些结果表明，取代基相对于2-炔的对位电子效应十分显著（1j，1n），同时也表明在这种羟基环化反应中，某些钯与炔的反应速度要快于烯丙基硅烷与1的反应速度。

表3苯环取代基的影响

我们还测试了另一种在这一反应中提高低反应收率的方法。当1i、1l、1m、1n在回流对二甲苯中反应，得到相应的产物3i、3l、3m、3n，收率中等。相反，在这些条件下不能得到3h, 3k, 3o。

方案1 甲基取代炔烃的羟基环化反应

最后，我们进行以下实验以更好地理解反应机理(方案1)。为了评价烷基和钯催化剂的反应，我们对1b进行了过量Pd(dba)2处理；3b为非对映体，收率为30%。NOE反应实验证实了3b烯烃的立体化学性质。在这种情况下,金属物种是pi;-酸催化剂,取代基炔是定位在一个反式烯烃羟基环化反应后配置30,31c,32a,b,。因此，在这些Pd-AcOH羟基环化条件下，钯氢化物的氢金属化似乎是通过与烷基的共加成发生的。

Wacker反应一般采用钯(II)催化剂，水为氧化剂。将甲醇加入反应体系中，分别得到25%和23%的羟基环化产物3a和甲氧环化产物3t(方案2)。此外,乙酸的含量增加时,3的产量增加 (表1,run14minus;16)。这些结果表明，这种羟基环化是通过烯丙基硅烷的亲核加成发生的。

方案2 醇存在下的羟基环化

基于上述实验结果和讨论,反应可以被认为涉及Wacker氧化型过程及亲核攻击加氢金属化后发生在硅的beta;位置34。然而，在这个羟基环化过程中得到羟基化合物，可能是因为预期的还原性消除比beta;-消除更快35。所提出的反应机理总结在支持信息，图表S2中。

综上所述，我们发展了钯催化烯丙基硅烷发生羟基环化反应生成苯并硅酮的反应。这是第一个钯催化的从炔烃羟基环化生成七元环的例子。

参考文献：

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