B(C6F5)3催化的吲哚啉二酮2-位选择性还原氘代反应

文摘   科学   2023-05-04 09:47   浙江  

导读:

近日,韩国国民大学Haye Min Ko课题组报道了一种以路易斯酸B(C6F5)3作为催化剂,选择性还原吲哚啉二酮的方法,少量的水可以促进该还原反应,降低反应温度和时间。通过引入重水,该反应可以实现高效制备α位选择性氘代的吲哚啉酮。

正文:

羰基邻位的C-H键可以在有机碱和重水体系中,通过烯胺或烯醇共振中间体实现HIE反应,如吡咯烷、重水体系和DBU、重水体系。近期,Wesa课题组报道了一种以路易斯酸B(C6F5)3为催化剂,重水为氘源的羰基α位的HIE反应。受此工作的启发,本文作者设想吲哚啉二酮或3-吲哚啉酮可以利用该催化体系,通过还原氘代或者羰基α位的选择性HIE反应,高效的合成α位氘代的3-吲哚啉酮。

在条件优化部分,作者以1-对甲苯磺酰靛红为底物进行区域选择性还原研究。经过系列条件优化,作者确定了最优的反应条件:10 mol% BCF, 2.0 eq. 还原剂BnMe2SiH,以甲苯为溶剂,80度反应10 min, 随后加入0.15eq. 水淬灭反应。作者发现反应必须分步进行,当水和还原剂同时加入反应体系时,反应收率大幅降低。

在底物拓展部分,本文尝试了一系列苯环带有取代基的底物与N上带有不同保护基的底物。其中,带有卤素的底物收率中等,而甲氧基取代的底物底物则会还原不同位置的羰基生成区域异构体的混合物,作者认为甲氧基因的给电子效应在C6位通过共轭作用活化了底物C3位的羰基。作者尝试了其它的N保护基团,均得到较高收率(69−92%)。

随后,作者对3-吲哚啉酮的氘代反应进行条件优化。反应温度对反应氘代度影响较大。在30 eq.重水的条件下,随着反应温度降低(80~rt),反应时间逐渐延长(2~24小时),并且氘代度明显降低(90~37) (entries 2-4)。随后作者分别调整重水量、催化剂量,以氘代甲苯作为氘源尝试反应。在改变催化剂用量的实验中,作者发现产物3a对硅胶敏感,柱分离过程中氘代度会减少到10%。

随后作者进行了氘代反应的底物扩展。含甲基和卤素取代基的底物均能获得较高的氘代度和收率。异构体3h3h'氘代效果相差较大,作者认为可能是由于邻位氮原子起到关键作用。此外,底物N上磺酰基保护剂的芳基取代基对于反应氘代度和收率均无明显影响。

随后作者进行了系列控制实验来了解水在反应中作用。在优化的反应条件下,1a在反应10 min后消失,取而代之的是极不稳定的中间产物1a'(采用闪蒸柱色谱法以24%的收率分离)。当用CDCl3替代甲苯作为溶剂,氢核磁谱图中显示以3.5:1:1的比例生成1a’1a″2a三种产物。使用三乙基硅烷代替苯二甲基硅烷进行反应时,10 min后得到不稳定的1a''',收率为20%。这些结果表明,在反应中硅烷在很短时间内与羰基加成生成中间产物1a′,然后转化为其他中间产物1a″,最后通过共振和硅烷的消去生成产物2a基于以上结果,作者提出了一种可能的反应机理。硅烷通过加成反应进攻两羰基形成中间体1a'。之后加入体系的水通过释放捕获C3位的质子,形成水合氢离子,底物则消去一分子硅硼醚,形成硅基保护的烯醇中间体1a″,随后水解生成中间体2a。BnMe2SiOH2+作为离去基团与[BnMe2SiO]反应生成硅醚。最后,再生水可与B(C6F5)3结合形成B(C6F5)3·H2O或参与另一个循环加速还原反应。最后,作者给出选择性氘代的反应机理Lewis酸B(C6F5)3与C3位置的羰基配位增强了邻位的酸性,使邻位容易脱质子生成烯醇式中间体。最后,在重水的参与下,通过多次氢氘交换反应生成氘代产物。

总结:

作者证明了在B(C6F5)3存在下,H2O或D2O可加速催化化学选择性还原,选择性的合成3-吲哚啉酮衍生物。此外,该D2O催化剂体系可以促进3-吲哚啉酮α-C−H活化,通过α-氮为导向基团完成其α位的氘代反应。该方法具有较短的反应时间和较低的反应温度,底物适用性较好。

文献来源:

Park, S. Y., Kim, J., & Ko, H. M. (2023). Modified Chemoselective Reduction and Consecutive Regioselective Deuteration Reaction Catalyzed by B (C6F5) 3. The Journal of Organic Chemistry, 88(4), 1996-2005.

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