“八一八”八元碳环构建中的“八仙过海”(上)

X一MOL资讯 2018-10-07 12:16:27
X-MOL Tips(点击阅读详情)
  • 不下APP,手机追期刊!

  • “文献直达”帮您省时省力省心地查文献

  • 文献高级查询,和谷歌学术PK?


八,最常见的数字之一,也是汉语词语中常见的数字:八竿子打不着、八拜结交、八面玲珑、八方来财、八抬大轿、生辰八字、八宝饭、八卦掌、八股文……,这不,咱又开始“八卦”了。事实上,不光生活中有许多八,化学中也有很多八,八隅体、八面体构型、八元环等等,八元环又包括八元碳环和八元杂环。尽管含八元碳环的天然产物没有含五六元环的天然产物丰富,但还是广泛存在于自然界中,特别是高等植物和海洋生物体中,许多含有八元碳环的天然产物都具有复杂的化学结构和重要的生理活性,如抗癌药物紫杉醇Taxol、抗菌药瑞他莫林Retapamulin、降三萜类天然产物等等。八元碳环由于其特殊的结构,使得其在合成过程中焓效应和熵效应都是不利的,加上跨环相互作用,使得合成时通常面临的挑战是如何高效地构建目标分子中的八元碳环骨架。下面,小编就为大家“八一八”这些才高八斗的有机合成化学家们是如何在八元碳环的构建中“八仙过海,各显神通”的。


八元碳环主要有以上种可能的构象,其中船椅式BC比较稳定,在这种构象中,八元碳环的跨环相互作用最小,分子的扭转张力也最小,是较稳定的构象。八元碳环作为最难构建的环系之一,其构建方法不同于普通环系,有些方法是只适用于八元环构建的,下面我们将分为八类予以阐述。


1,二组分的环加成反应


八从数学的角度去分,可以分为6+2、5+3、4+4、7+1,那么在化学上就可以通过6+2、5+3、4+4、7+1等四种环加成反应来构建八元碳环。这些环加成反应早期都是通过酸催化或者光照等条件发生的,后来引入过渡金属催化,反应可以在相对温和的条件下进行,产率和选择性也都有提升,斯坦福大学的P. A. Wender教授在这方面建树颇多。


P. A. Wender教授巧妙地利用了四元环的张力,在过渡金属作用下,先解开四元环再发生6+2环加成,产率非常优秀。


P. A. Wender教授发展的Ni催化的4+4反应,在八元环的构建中产率良好。产物为1,5-环辛二烯结构,尤其在构建较为对称的1,5-环辛二烯方面特为适用。Lee教授也发展了Pd催化的烯-联烯结构的4+4反应能以极高的收率得到对称的八元环


5+3环加成反应一般用来构建带有桥环的八元环结构其中5碳单元一般为吡喃酮结构。


北京大学化学院的余志祥教授也发展了7+1环加成反应来构建含有八元碳环的骨架,其中的7碳单元指的是带有1,3-丁二烯结构的环丙烷片段,1碳单元为CO,7碳单元直接环化不利于还原消除,插入羰基以后,还原消除的能垒减小,能够生成带有丁二烯结构的环辛酮骨架。2015年,作者也报道了苯并7+1环加成反应构建苯并八元环,并取得了不错的结果。



其它的二组分环加成反应包括Diels-Alder反应、4+3反应等Diels-Alder反应中,通过调整碳链的长度,一步构建了6-8并环体系。例如在Taxol环系骨架构建中,很多模型研究就采用了Diels-Alder反应一步构建了6-8并环。



也可以通过4+3环加成反应在构建七元环的同时构建八元环,这里的4碳组分一般为1,3-丁二烯片段,3碳组分一般为含有五元环的氧负烯丙基正结构,通常得到含有桥环结构的八元环,但选择性往往难以很好地控制。



2,多组分的环加成反应


多组分的环加成反应构建八元碳环主要包括4+2+2,2+2+2+2,5+2+1等环加成反应。


4+2+2环加成反应中,4碳单位一般为共轭二烯,2碳单位多为炔烃,一般都是在过渡金属催化下先发生烯炔环化再和另一分子炔烃加成生成八元碳环,产率中等到良好。


2+2+2+2环加成反应是在Ni催化剂作用下,四分子同一种炔烃发生的环加成反应生成环辛四烯结构,这种环加成反应产率不高,应用有限,现在很少采用。


5+2+1反应也是北京大学化学院余志祥课题组发展的一种构建八元碳环的方法,5碳部分是带有乙烯基的环丙烷结构、2碳部分是烯烃结构、1碳部分是CO,CO的插入使得还原消除容易进行。作者也将该方法用于多个天然产物的合成中,尤其是串联的5+2+1反应/Aldol反应,先构建八元环再串联分子内Aldol反应一步构建了5-5-5线性三环类分子堪称精彩!



3,周环反应


通过周环反应来构建八元碳环主要包括 [3.3]重排反应、8Π电环化反应等。


[3.3]重排反应是构建中环体系的常用方法之一,根据其过渡态一般可以预测产物的立体化学,也就是说,产物的立体化学可以很好地控制。一般是通过加热或者Lewis酸条件下,发生氧杂Cope重排实现的。在很多含有八元碳环的天然产物合成中都有用到[3.3]重排反应,产率中等到良好,从重排前体到产物,手性可以得到很好地传递,立体选择性良好。


麻生明院士也发展了联烯的[3.3]重排反应构建八元碳环,并在天然产物的合成中得到应用,产率优良。


但[3.3]重排反应与整个分子构象密切相关,例如,北大化学院杨震教授课题组在降三萜类天然产物的合成研究中,在简单体系中通过重排反应很好地实现了7-8并环体系的构建,立体化学也能很好地得以控制,但在复杂体系中,并不能发生所期望的[3.3]重排反应。


Anderson课题组在降三萜类天然产物的合成研究中,通过金属催化的偶联反应先得到四烯化合物,进而发生8Π电环化反应构建了其中的7-8-5环系。


4,RCM反应和串联的RCM反应


自RCM反应(烯烃关环复分解反应)用于有机合成以后,随着催化剂的不断发展和完善,RCM反应也成了一类高效地构建各种环系的新方法,尤其是在构建各类中环体系和并环体系中有独到之处。但RCM反应也与分子构象密切相关,取代基较少的直链二烯化合物就很难直接关环,一般都是在并环体系时采用RCM反应构建5-8、6-8环系等,取代基的顺反也会很大程度上影响关环反应。而且,RCM反应要在较稀的浓度下进行,否则容易聚合。



杨震教授课题组在降三萜类天然产物的合成中就巧妙地采用了RCM反应来构建其中的八元环,半缩酮氧桥的存在拉近了关环前体的两个侧臂,相当于把八元环分成了五七元环,使得反应容易发生,关环得到所期望的立体化学,并且八元环上的双键和半缩酮羟基也为进一步官能团化作好了准备。


在天然产物dactylol的全合成中,作者Furstner采用Mo催化剂,通过RCM反应以良好的收率关上了八元环,同时构建了三取代的双键。


串联RCM反应,通常是指烯-炔-烯的底物在催化剂作用下先发生烯炔关环复分解反应,接着发生烯烃关环复分解反应,可以一步构建5-8、6-8等并环体系。


华东师范大学化学学院高拴虎课题组在ophiobolin A的合成研究中也采用了串联RCM反应构建其中的5-8并环。


八元碳环的构建方法很多,本期我们先介绍以上四种,下期我们继续介绍其它的方法:碎裂化反应、扩环缩环反应等。


(本文由 普天同庆 供稿)



X-MOL征文啦!

来吧,X-MOL数万粉丝期待您的神作!

[点击这里阅读详情]


不想做实验的看过来!X-MOL热招职位

化学资讯主编(全职,工作地点北京或上海,薪资25-30K/月)

高级化学资讯编辑(全职,工作地点北京或上海,薪资15-20K /月)

化学资讯编辑(全职,工作地点北京或上海,薪资8-14K /月)

高级市场经理(全职,工作地点上海,薪资16-20K/月)

市场推广经理(全职,工作地点上海,薪资10-15K/月)

市场推广专员(全职,工作地点上海,薪资6-10K /月)

欢迎推荐他人,如果被推荐人成功入职,推荐人可获得1000元奖励!

[点击这里阅读详情]


本文版权属于X-MOL(x-mol.com),未经许可,谢绝转载


长按下图识别图中二维码,轻松关注我们!


Copyright © 蓟县旅游社团@2017