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自由基生物环化学

利用SmI2-H2O体系进行的内酯还原环化串联反应摘要拥有双烯或者烯炔的内酯,在SmI2-H2O体系下进行的还原环化串联反应,可以以很高的产率和非对映选择性得到修饰的甘菊环结构单元。

如果可以改变基本的合成反应途径得到非传统的中间体,新的选择性或者反应活性,那么就可以发现新的合成反应空间。

比如,我们最近利用SmI2作为酯羰基的还原试剂进行研究的过程中,发现SmI2-H2O体系在内酯或者1,3-双内酯还原到醇的过程中有着出其不意的选择性。

在这里,我们报道了在上述条件下,不饱和内酯进行自由基串联一步构筑甘菊环结构单元。

此环化串联反应是由经电子转移的酯羰基形成的非一般的自由基离子引发的。

最近,我们首次报道了利用H2O作为活化助溶剂,SmI2作为还原剂来还原非活化的,环状的,脂肪族性的的酯。

并且,我们也是第一次证明通过电子转移的酯羰基自由基离子可以应用在与烯加成上。

我们推测5位具有烯烃支链的内酯结构单元1可以通过自由基离子2环化得到七元碳环3,进一步存在于2位的烯可以再次进行经过自由基离子4环化得到双环醇5(Scheme 1)。

具有甘菊环的5环系可以形成众多具有生物活性的天然产物,同时也是一种新的方法得到重要的目标结构。

例如,包括phorbol, prostratin, and 12-deoxyphorbol-13-phenylacetate (DPP)在内的tigliane 家族,此外抗癌化合物pseudo- laric acid B and englerin A近年也受到有机合成化学家的重点关注。

为了证明串联反应第一步的合理性,我们选择内酯6在SmI2-H2O体系中进行研究,幸运的是我们以很好的产率拿到了非对映消旋化合物8(Scheme 2)。

5位具有烷基取代的的内酯也具有很好的环化。

粗品化合物进一步氧化得到9,同时也使得C-C键的形成时非对映选择化合物的比率得以确定。

带有芳基取代的烯在环化过程中以3:1到6:1非对映选择比率得到环化产物。

主要产物9j 9l的相对构型用X单晶衍射得以进行确定。

6n到8n就是通过巯基自由基的消除进行环化的。

环化过程是通过Sm(II)的电子转移过程进行的内酯活化,产生几何稳定的自由基离子进行非对映选择性的环化。

中间体半缩酮进一步由Sm(II)诱导形成二次羰基自由基离子,最后的电子转移是Sm(II)转给有水提供质子的有机Sm。

SmI2的用量需要8当量,包括预测的4电子机理:SmI2双倍用量的目的是确保反应完全。

和先前的研究一样,水是反应成功的关键,在没有水的情况下,起始原料6f基本可以回收,当少于10当量水情况下可以进行重要的还原环化,尽管100当量的水可以以最好的产率得到8f。

理论表明内酯1的选择性还原串联将会得到反式构型。

例如,考虑到假想底物10,活化内酯派生的自由基离子(包括5位有烯键的内酯环自由基离子)成5元外环的能量达到6kj/mol。

如果在2位再有烯基支链的话,成环的活化能就会增加28kj/mol。

结果,底物1就像Scheme 1中那样,先右后左进行环化串联。

为了探索内酯的相对构型,我们选择了11-cis and 11-trans在SmI2-H2O的条件下反应,跟预测的一样,11-cis进行高效的串联反应以71%的产率,非对映选择产物3:1的比例得到12(由x单晶衍射确定构型)。

11-trans只得到13(Scheme 3)。

内酯底物14-18在上述条件下可以很高效地得到串联反应的产物19-23,非对映选择性很好并且产物也可以稳定的分离(Scheme 4)。

总之,在SmI2-H2O的条件下,不饱和内酯可以通过非常见的自由基离子中间体,以很好的非对映选择性得到环戊烷-1,4-二醇。

当底物合适的位置中有二烯或烯炔,利用两个自由基离子中间体进行自由基串联环化就成为可能。

环化串联可以一步利用简单的,容易获得的试剂得到复杂的双环结构。

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