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余金權(quán)JACS:β,γ-不飽和羧酸的構(gòu)建新方法

來(lái)源:化學(xué)加原創(chuàng)      2023-09-19
導(dǎo)讀:近日,美國(guó)斯克里普斯研究所(The Scripps Research Institute)余金權(quán)課題組發(fā)展了使用廉價(jià)易得的游離脂肪酸,通過(guò)配體促進(jìn)的β,γ-脫氫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了一系列復(fù)雜分子的β,γ-脫氫烯基化。反應(yīng)可以兼容中環(huán)到大環(huán)的環(huán)狀脂肪酸、非環(huán)狀脂肪酸以及具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生物活性分子。值得注意的是,含α-氫脂肪酸可以避免發(fā)生α,β-脫氫反應(yīng)而選擇性的發(fā)生β,γ-脫氫。一系列具有重要生物學(xué)意義的天然產(chǎn)物也可以經(jīng)歷β,γ-脫氫生成遠(yuǎn)端烯烴,從而通過(guò)進(jìn)一步的衍生化將環(huán)氧化物和β-內(nèi)酯引入到復(fù)雜天然產(chǎn)物骨架中。相關(guān)成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上,文章鏈接DOI:10.1021/jacs.3c06423。

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(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.


正文

脂肪族化合物的去飽和是現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)中一種廣泛使用的合成轉(zhuǎn)化。盡管目前化學(xué)家們?cè)隰驶衔铮ㄈ缛?、酮、酯、酰胺以及羧酸等)的?β-去飽和方面取得了重大進(jìn)展,但實(shí)現(xiàn)羰基化合物的β,γ-去飽和仍是一個(gè)尚未解決的問(wèn)題(Scheme 1A)。2008年,余金權(quán)課題組首次利用雙噁唑啉酰胺導(dǎo)向,實(shí)現(xiàn)了環(huán)戊基羧酸的β,γ-去飽和,但僅有一個(gè)例子且產(chǎn)率僅為30%(Scheme 1B)。最近,美國(guó)斯克里普斯研究所余金權(quán)課題組利用最近發(fā)展的兩類雙齒配體(quinuclidine-pyridone和pyridine-pyridone),在鈀催化下實(shí)現(xiàn)了游離羧酸的β,γ-脫氫烯基化(Scheme 1C)。值得注意的是,一系列具有重要生物學(xué)意義的天然產(chǎn)物也可以經(jīng)歷β,γ-脫氫生成遠(yuǎn)端烯烴,從而通過(guò)進(jìn)一步的衍生化將環(huán)氧化物和β-內(nèi)酯引入到復(fù)雜天然產(chǎn)物骨架中(Scheme 1D)。

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(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.

含有羧酸的萜烯類天然產(chǎn)物可用于預(yù)防和治療多種疾病,并表現(xiàn)出多種生物活性,如抗病毒、抗癌和抗炎特性等。因此,在這些天然產(chǎn)物中引入β,γ-雙鍵將為后續(xù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端γ-位的官能團(tuán)化提供多種可能性。作者選擇三萜類化合物3-羰基甘草次酸(3-oxoglycyrrhetinic acid)1a作為模板底物對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化(Table 1)。通過(guò)對(duì)一系列條件進(jìn)行篩選,作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用1a (0.1 mmol), Pd(OAc)2 (6 mol%), L10 (10 mol%), NaTFA (0.7 equiv), Ag2CO3 (2.0 equiv), 在HFIP/MeCN (1 mL/0.1 mL)中N2氛圍下110 °C反應(yīng)16 h可以以99%的產(chǎn)率得到β,γ-去飽和產(chǎn)物2。其中,配體和混合溶劑(HFIP/MeCN)的使用是實(shí)現(xiàn)此過(guò)程的關(guān)鍵。

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(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.

隨后,作者探索了萜烯類天然產(chǎn)物利用此策略實(shí)現(xiàn)后期去飽和過(guò)程的底物范圍(Table 2)。一系列具有重要生物學(xué)意義和合成意義的萜烯均可參與此β,γ-脫氫反應(yīng),以30-99%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的產(chǎn)物2a-2m,并與其他官能團(tuán)展現(xiàn)出良好的相容性。其中包括isosteviol、steviol、grandiflorolic acid、carbenoxolone acid、ursolic acid、oleanolic acid、glycyrrhenic acid等一系列分子骨架均可兼容。值得注意的是,isosteviol和glycyrrhenic acid參與的反應(yīng)均可以放大至克級(jí)規(guī)模,分別以81%和94%的產(chǎn)率得到2b2d。此外,對(duì)于3-oxoglycyrrhetic acid參與的反應(yīng),當(dāng)將鈀催化劑的量降低至1%時(shí),仍可以以82%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物2a,這為此轉(zhuǎn)化的大規(guī)模合成奠定了基礎(chǔ)。

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(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.

接下來(lái),作者對(duì)一系列環(huán)狀和非環(huán)狀游離羧酸的兼容性進(jìn)行了探索(Table 3)。具有多種不同α-取代的環(huán)戊基羧酸,如甲基、芐基、氯丁基和芳基等均可順利實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)化,以42-66%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的β,γ-脫氫產(chǎn)物4a-4j。值得注意的是,盡管在4b-4g中存在額外的β,γ-活化位點(diǎn),但作者僅觀察到了環(huán)戊烷環(huán)內(nèi)的脫氫過(guò)程。非環(huán)鏈和環(huán)之間的區(qū)域選擇性主要依賴于配體結(jié)構(gòu)。在雙齒吡啶酮配體的促進(jìn)下,反應(yīng)的有機(jī)金屬中間體和過(guò)渡態(tài)是以鈀為中心的螺環(huán)結(jié)構(gòu)。因此,環(huán)戊基的構(gòu)象與非環(huán)狀鏈?zhǔn)墙厝徊煌摹3谁h(huán)戊基羧酸外,含有6-(4k-4n4r4s),7-(4t)和8-(4w)元環(huán)的底物也均可以以單一的立體異構(gòu)體生成順式-β,γ-脫氫產(chǎn)物(32、34-77%)。有趣的是,含有11-(4x)和12-(4y) 元環(huán)的環(huán)狀脂肪酸則傾向于得到反式烯烴的異構(gòu)體混合物。此外,β,γ-非環(huán)羧酸也可發(fā)生脫氫,以32-48%的產(chǎn)率得到4o-4q。值得注意的是,與之前所報(bào)道的含α-氫脂肪酸(4u-4w)的α,β-脫氫反應(yīng)相比,該策略將區(qū)域選擇性轉(zhuǎn)換為β,γ-脫氫。

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(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.

為了證明此轉(zhuǎn)化的合成應(yīng)用,作者利用isosteviol 2b和dihydroisosteviol 2c的β,γ-脫氫產(chǎn)物進(jìn)行了后續(xù)衍生化(Table 4)。通過(guò)環(huán)氧化、雙羥化、臭氧化、鈀催化的脫羧烯基化和脫羧芳基化、鈀催化羧基導(dǎo)向的C-H烯基化以及烯基的雙溴化等過(guò)程實(shí)現(xiàn)了多種不同官能團(tuán)化isosteviol產(chǎn)物5a-5i的合成(40-90%)。

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(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.

含有β-內(nèi)酯的天然產(chǎn)物和衍生物具有較強(qiáng)的共價(jià)修飾蛋白質(zhì)能力,因此,在天然產(chǎn)物上引入β-內(nèi)酯骨架為基于活性的蛋白質(zhì)分析提供了新的機(jī)會(huì),這可以促進(jìn)鑒定這些天然產(chǎn)物以前未知的細(xì)胞靶點(diǎn)?;诖?,作者利用游離羧酸的β,γ-脫氫實(shí)現(xiàn)了一系列β-內(nèi)酯的合成,并通過(guò)NBS溴化,構(gòu)建了一系列溴代β-內(nèi)酯(Table 5)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,無(wú)論五元或六元環(huán)羧酸、鏈狀羧酸以及天然產(chǎn)物等均可兼容,以38-92%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的溴代β-內(nèi)酯產(chǎn)物6a-6i。

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總結(jié)

余金權(quán)課題組發(fā)展了首例通過(guò)配體促進(jìn)的β,γ-脫氫過(guò)程實(shí)現(xiàn)了一系列游離脂肪酸的β,γ-脫氫烯基化。反應(yīng)可以兼容中到大環(huán)脂肪酸、非環(huán)狀脂肪酸以及具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的含羧基生物活性分子。值得注意的是,α-氫脂肪酸可以避免發(fā)生α,β-脫氫反應(yīng)而選擇性的發(fā)生β,γ-脫氫。此外,作者通過(guò)對(duì)復(fù)雜天然產(chǎn)物β,γ-脫氫產(chǎn)物進(jìn)行了后續(xù)衍生化,證明了此策略的實(shí)用性。

文獻(xiàn)詳情:

Tao Sheng, Guowei Kang, Zhe Zhuang, Nikita Chekshin, Zhen Wang, Liang Hu, Jin-Quan Yu*. Synthesis of β,γ-Unsaturated Aliphatic Acids via Ligand-Enabled Dehydrogenation. J. Am. Chem. Soc., 2023, https://doi.org/10.1021/jacs.3c06423.

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