清华唐叶峰课题组:β-内酰胺双向重排

学术   2024-11-25 09:01   新加坡  

在本项研究中,唐叶峰课题组针对β-内酰胺的结构特点,提出了一种新颖的“双活化”反应模式,即利用β-内酰胺中的酰胺基和N原子保护基同时与两当量Lewis酸配位,使得C4-N1键变得更加活化,从而更容易参与dyotropic反应。计算化学表明,在双活化模式下,β-内酰胺的C4-N1键σ*轨道能量会进一步降低,同时dyotropic重排反应的活化能也随之降低,更加接近β-内酯的活性。依据这一策略,唐叶峰课题组最终实现了首例β-内酰胺双向重排反应。
在研究中,作者首先以环己基取代的β-内酰胺作为模型底物,对不同底物和反应条件的组合进行了系统研究。结果表明,N-Ms-β-内酰胺/MgBr2·Et2O和N-Ts-β-内酰胺/ EtAlCl2两种组合给出较好的反应性和化学选择性。在此基础上,作者对该反应的底物适用范围进行了系统考察,并根据发生迁移的基团性质不同,将所有底物分为H迁移、烷基迁移和芳基迁移三个大类。其中,所有芳基迁移的dyotropic重排反应都展现出优异的化学选择性和立体专一性,推测该类反应可能是通过苯鎓离子中间体进行。随后,作者通过计算化学和实验相结合的手段,对β-内酰胺dyotropic重排反应机理进行了深入研究。结果表明,在强Lewis酸(EtAlCl2)条件下发生的H迁移和烷基迁移反应具有明显的分步(stepwise)性质,而在相对较弱的Lewis酸(MgBr2·Et2O)条件下发生的H迁移反应则是一个协同异步(asynchronous concerted)过程。此外,作者进一步通过手性底物反应前后的ee值变化验证了上述计算结果的合理性。
  在上述合成方法建立的基础上,唐叶峰课题组针对三环海洋生物碱进行了全合成研究。以商业可得的手性源为起始原料,利用H迁移dyotropic重排反应为关键步骤,以11−12步的最长线性步骤,发散式地完成了三种不同骨架类型的三环海洋生物碱(–)-lepadiformine A、(+)-cylindricine C、(–)-fasicularin的不对称全合成,充分展现了上述合成方法的实用价值。

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