选择性能量转移催化烯烃的含硼几何异构化外文翻译资料

 2023-03-13 10:52:56

选择性能量转移催化烯烃的含硼几何异构化

John J. Molloy

Michael Schauml;fer 威斯特法伦威廉大学

Max Wienhold 有机化学学院

Tobias Morack

Constantin G. Daniliuc

Ryan Gilmour

摘要：基于异构化的策略，使复杂多烯在几何上的立体发散构成为可能的关键烯烃仍然没有得到发展。在理想的低分子量前体中考虑原子效率，进一步阻碍了异构化所固有的热力学约束。在这项工作中，我们报道了一个一般的双性C3支架，它可以异构化和双向延伸。根据高效三重态能量转移的推测，硼丙烯酸酯的选择性异构化依赖于硼原子的p轨道在底物发色团中的参与程度。产物中C(sp2) -B键旋转90°，可以激发低效率且具有方向性。这种微妙的立体电子门控机制使明确定义下维甲酸的立体合成成为可能。

正文：

复杂的多烯为发生在二维化学空间中的生物过程提供了一个广阔的结构框架(1)，然而使这些图案的立体控制结构成为可能的合成范例依旧很缺少。在生化环境中，信息以两种立体异构体之一的形式存储，比如组成烯烃单元的时空控制可以编码特定的生物功能(2–4).。在交联烯烃如视黄醛(维生素A)中，这种相互作用促进了调节门控机制，支撑着哺乳动物的视觉循环(5)。尽管这种结构-功能相互作用在人类医学和材料研究中有强有力的表现，异构化平台使普通关键环形成复杂多烯的立体发散结构依旧没有发展。Burke和他的同事报告的合成算法极大地促进了多烯的模块构建，是从常见的积木块中发现，以一种让人联想起生物聚合物组装的方式(6, 7)。尽管有这些进展，使反转小烯烃碎片的几何形状与共同前体产生立体发散，这一棘手的挑战为创造性的努力提供了机会(8)。

图1所示。光催化异构化研究的启示。

(A)复杂萜烯的生物合成通过明确的构建块和烯烃几何形状在视觉循环中的重要性。2D,二维;OPP、焦磷酸盐;焦磷酸;DMAPP, 二甲烯丙基焦磷酸;IPP, 异戊烯焦磷酸。(B)烯烃的光敏异构化和烯烃嵌入较大的发色团(如苯乙烯)的前提条件。hv,光能量。(C)设计一个两亲性C3关键。基于硼硼基-丙烯酸酯支架建立选择性能量转移(ET)平台。(D)几何定义关键环在制备复杂多烯和药物方面的立体定向应用。烯烃片段的立体化学分配遵循国际纯粹与应用化学联盟(IUPAC)命名法，并反映优先顺序C＞B＞H。

Baran及其同事在环加成化学中获取亲二烯类物质的背景下，强调了烯烃异构化技术中的这一战略性缺陷(9)。基于小型(C5)含烯烃关键分子(如DMAPP和IPP)的连续延伸的萜烯生物合成是一种在调和这种差异上具有概念吸引力的蓝图 (图1A)(10-12)。在酶催化的支持下，这些片段以高保真度统一，因此可以通过立体扩散的生物合成(如法尼基二磷酸)或产物后异构化途径(如9-顺式-b-胡萝卜素)合成明确定义的多烯(13)。尽管在合成环境中实施具有挑战性，但这些先例突出了异构化平台的需求，使立体发散获得两种烯烃几何形状，作为效率的先决条件(14)。考虑到步骤和原子经济(15)，需要使用一种共同的两亲性构建块，该构建块包含顺序操作所需的最小数量的碳原子，以允许立体定向的下游处理。烯烃立体异构体的非简并性和相关的反热力学挑战使得dexter型能量转移激活(16-21)非常适合于缓和基态反应活性固有的微观可逆性(22-24)。此外，这种激活策略的生物相容性最近已被MacMillan及其同事证实(25)。

图2所示。小分子两亲性C3关键分子的光催化异构化。

(A)优化的反应条件:底物(0.3 mmol)，硫杂蒽酮(5 mol %)， MeCN (9 mL)， 402 nm光照，1小时。rt,室温。(B) E-1→Z-1反应过程监测。(C)在简单的1,2-双取代体系中建立底物范围和显示效率，显示与生物分子的化学选择性和相容性。

*烯烃片段的立体化学分配遵循IUPAC命名法，并反映优先顺序C＞B＞H.dagger;交叉耦合后的两个步骤的屈服。Dagger;0.1 mmol规模。sect;16个小时。用1H NMR积分法(以1,3,5-三甲氧基苯为内标)测定产率和E:Z比。括号内的数字表示柱层析后主要产物同分异构体的分离产量。 quant., 量化。

图3所示。研究立体选择性的起源。(A)核心支架的结构活性关系(SAR)。(B)量子产率研究。(C)控制反应。(D) Z/E-8、Z/E-16和Z-29的基态x射线结构分析。

*烯烃片段的立体化学分配遵循IUPAC命名法，并反映优先顺序C＞B＞H。

光敏化烯烃异构化有着珍贵的历史，但效率往往限制了苯乙烯基发色团的范围(3)。Hammond等人和Arai等人的开创性研究已经通过光敏剂建立了二苯乙烯和苯乙烯异构化的基准(26-29)。Walker和Radda在视觉周期中模拟了视网膜的三重能量转移选择性异构化(30)。最近，Weaver小组(31)和我们自己的研究小组(32-35)已经公开了操作简单的异构化协议，该协议利用功能多样的苯乙烯，在beta;位置上有各种结构图案(图1B)。然而，芳基烯烃碎片的存在是作为一个合适的发色团的先决条件。因此，无痕发色团的识别将代表着在实现与位置异构化的操作平价方面的显著进步(36)

为了克服这一限制，并通过对烯烃几何形状的顺序控制实现多烯的模块组装(6 - 8,37)，我们强调了乙酰衍生物在生物合成中的重要性，以及beta;-硼基丙烯酸酯支架中需要一个双亲性片段(图1C)。具体来说，我们确定了硼酸频哪醇酯(beta;-BPin)作为一个基团，可以异构化生成两种烯烃异构体，并为无迹的立体定向偶联提供了处理。烯烃异构化的概念框架是基于C(sp2) -B键的旋转作为立体电子门控机制来实现选择性能量转移。三角形平面硼体系的p轨道在调节有机硼化合物的反应活性中起着关键作用(38,39)。我们设想，加入无痕迹的硼酸酯基序作为芳基替代物将扩展丙烯酸酯发色团，并允许随后激发平面E异构体。产物Z异构体的C(sp2) -B键在激发和异构化后会被扭曲90°，并可能与羰基(nO→p)(40,41)发生配位作用。这种微妙的键旋转会缩短发色团，并为偏压光固定组分提供结构基础。

在这项工作中，我们报道了beta;-硼基丙烯酸酯衍生物的光催化异构化，使之能够获得两亲性C3关键pin的两个几何异构体。虽然氢硼化合为生成单烯烃异构体提供了一个方便的平台，但该方法利用dexer型选择性能量转移，使用一种廉价的小分子光敏剂(在402 nm激发)来实现立体发散。方向性(E→Z)是90°C(sp2) -B键旋转的结果，因此收缩Z异构体的p系统。这一策略绕过了烯异构化苯乙烯基发色团的依赖，用无痕迹的BPin手柄取代了惰性芳基环。乙烯基硼的两种异构体都与立体定向交叉偶联相容，这为复杂的多烯提供了一个迭代的、立体发散的入口。公开了治疗方法异维甲酸和维甲酸的机械验证和总合成，我们展示了这些小的、密集功能化的单元在立体定向转化中的合成用途(图1D)。

图4所示。小分子C3关键分子的立体定向和立体发散应用。

(A)产物异构体在合成中的应用:(A) E-12(1当量)，aq. KHF2 (4.5 M, 5当量)，MeOH, rt. (b) E-12(1当量)，Pd(OAc)2 (5 mol %)，SPhos (10 mol %)， K3PO4(3当量)，卤代乙烯(1.2当量)，H2O(5当量)，1,4-二氧六环，80℃。(c) E-12(1当量)，Pd(OAc)2 (5 mol %)， SPhos (10 mol %)， K3PO4(3当量)，2-溴苯酚(1.2当量)，H2O(5当量)，1,4-二氧六环，80℃。(d) E-13(1当量)，NaBH4(2当量)，室温。(B)立体发散Diels-Alder反应:甲苯，16小时。(C)立体控制合成多烯类药物维甲酸(9-顺式维甲酸)和异维甲酸(13-顺式维甲酸)。详细情况见补充材料。*烯烃片段的立体化学分配遵循IUPAC命名法，并反映优先顺序C＞B＞H。

首先，我们研究了两性Weinreb酰胺E-1到Z-1的几何异构化(图2A和补充材料)。在乙腈中，在可见光照射(402 nm)下，以硫杂蒽酮为光催化剂(5 mol %)，在乙腈中进行反应，结果表明反应简便、高效[99%核磁共振(NMR)产率，Z:E = 94:6;图2,A, B]。在这些优化条件下，我们探索了该方法的衬底范围和局限性(图2C)。将甲基取代基转移到Michael受体E-2和E-3的beta;位，发现了显著的选择性(＞99:1)。对烷基取代基的改性具有良好的耐受性，异构化产物具有大于99:1的选择性和较高的分离收率(E-4、E-5和E-6)。二次酰胺(E-7和E-8)、叔酰胺(E-9)和伯胺(E-10)对Weinreb酰胺的转化效率没有影响(高达99:1)。酯基也符合一般异构化条件，但alpha;-取代的Michael受体(Z-11)对硅胶层析不稳定。beta;取代的类似物(E-12到E-16，高于98:2)也具有较高的立体选择性和分离收率。酮类和新戊基硼酯类(E-17和E-18，分别为93:7和＞99:1)可以观察到有效的异构化，但异构化后产物的本征不稳定性需要交叉偶联协议来确定立体选择性。为了探讨该方法在简单1,2-双取代框架中的局限性，我们以丙烯酸酯19和20为研究对象。光化学烯烃异构化通常需要一个取代基在产物中产生1,3-烯丙基应变，从而引起解离，降低能量转移效率，并使方向性得以实现。与苯乙烯体系相比，基本的beta;-硼基丙烯酸酯的异构化也具有较高的立体选择性(E-19和E-20，分别为94:6和＞99:1)，这为得到简单的1,2-双取代的两亲性关键环提供了入口。为了确保该方法不会影响光学纯度，并与先前存在的烯烃兼容(从而证明了化学选择性)，我们分别制备了21和22。最后，将范围扩展到常见的、生物学相关的框架，包括D-葡萄糖衍生物23、(-)-薄荷醇衍生物24和改性胆固醇25(高于99:1)。

使用简单的1,2-二取代基块如19和20的异构化效率表明，立体选择性不取决于烯丙基应变，这是在苯乙烯基体系中观察到的。为了区分选择性的结构基础，我们研究了单位点编辑对核心底物的影响(图3A)。这些研究表明，硼和羰基取代基都是实现有效方向性的关键，从E-26、27和28中可以清楚地看出。量子产率的测定不包括一个有效的激进链过程的可能性,和控制实验证明需要光和一个光催化剂(图3 B和C)。在建立方向性的结构基础,检查11B核磁共振光谱的产品被证明是有益的。在酰胺衍生物的E异构体中，硼p轨道的电子密度积累非常明显[E-8的电子密度为17.19 ppm]。这表明稳定的配位(nO→p)相互作用只有在C(sp2) -B键旋转出p系平面时才具有几何可行性(图S6)。在酯底物(E-16为30.76 ppm)的11B核磁共振谱中，发色团的这种解共轭收缩没有表现出来，这促使了进一步的研究。

可以通过x射线晶体学分析8和16的底物和产物对映体(图3D)。通过对起始异构体Z-8和Z-16的比较，确定了硼基团共轭的平面发色团(图3D，上)。与11B

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