Narasaka-Heck环化反应

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Narasaka-Heck环化反应

2019/11/11
有机合成百科, 环化反应
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概要

1999年，日本东京大学化学系 (東京大学理学部化学教室，Department of Chemistry, Tokyo University)的奈良坂纮一 (奈良坂紘一，Narasaka Koichi)研究室报道了钯催化剂参与的γ, δ-不饱和酮肟酯 (γ, δ-unsaturated oxime esters，其中γ, δ-不饱和酮-O-五氟苯甲酰氧基肟最为常用)的氮杂Heck-Mizoroki环化 (aza-Heck-Mizoroki cyclization，又称为amino-Heck reaction)，形成吡咯环的反应^[1]，该反应称为Narasaka-Heck环化反应 (Narasaka-Heck cyclization)。

2001年，该研究组将底物范围扩展至烯酮-O-五氟苯甲酰氧基肟，成功完成吡啶及喹啉衍生物的构建^[2]。

之后，Narasaka通过二烯基及三烯基酮肟底物参与的domino Narasaka-Heck环化反应，成功完成螺环亚胺的构建^[3]-[4]。

2002年，Narasaka进一步研究了环庚三烯基甲基酮-O-五氟苯甲酰氧基肟参与的Narasaka-Heck环化反应，并应用于1-氮杂薁的合成^[5]-[6]。

2005年，J. Ichikawa 采用氟乙烯基肟酯底物参与的Narasaka-Heck环化反应，以优良的产率实现了5-氟-3H-吡咯的合成^[7]。

同时，Narasaka 研究发现采用γ,δ-不饱和酮-N,N,N-三甲基肼盐，同样可以完成吡咯与吲哚体系的构建^[8]。

A. D. Abell通过O-五氟苯甲酰氧基脒肟的环化反应，成功完成三取代咪唑的合成^[9]。

2006年，Narasaka研究了钯催化的β-甲氧基-γ,δ-不饱和酮肟底物的Narasaka-Heck环化反应，发现加入添加剂，如正丁基氯化铵，可以成功获得吡啶类杂环化合物^[10]。

2008年，J. Zhu采用 γ,δ-不饱和酮-O-二乙基亚膦酰肟参与的Narasaka-Heck环化策略，先后完成了取代吡咯^[11]与吲哚^[11]、吡啶^[12]及异喹啉环^[13]的构建。

2011年，Kitamura采用(2-炔基)苯酮-O-五氟苯甲酰氧基肟参与的domino Narasaka-Heck环化反应，成功获得异吲哚产物^[14]。

2013年，J. F. Bower采用带有1,1-二取代烯基的肟酯参与的Narasaka-Heck环化反应，成功完成二氢吡咯类化合物的合成^[15]-[16]。

2014年，Bower报道了首例铜催化剂采用的Narasaka-Heck环化，与钯催化剂相比，价格低廉，具有更高的选择性与底物范围^[17]。

2016年，Watson采用O-苯基异羟肟酸酯底物参与的Narasaka-Heck环化，成功完成生物碱全合成过程的关键砌块不饱和内酰胺的构建^[18]。

2017年，Bower采用SPINOL衍生的P,N-配体，完成了首例由钯催化促进的对映选择性Narasaka-Heck环化^[19]。

2018年，Bower采用氨基甲酸酯底物(^FBz= C₆F₅)参与的Narasaka-Heck环化反应，成功完成吡咯烷与哌啶类化合物的合成^[20]。

目前，该反应已广泛应用于各类含氮杂环体系的高效构建，具有广泛的底物应用范围、良好的反应产率、良好的化学选择性、区域选择性及立体选择性与对映选择性^[21]-[27]。

基本文献

[1] Tsutsui, K. Narasaka, Chem. Lett. 1999, 28, 45. doi: 10.1246/cl.1999.45.
[2] Tsutsui, K. Narasaka, Chem. Lett. 2001, 30, 526. doi: 10.1246/cl.2001.526.
[3] Kitamura, S. Zaman, K. Narasaka, Synlett. 2001, 974. doi: 10.1055/s-2001-14637.
[4] Zaman, M. Kitamura, K. Narasaka, Bull. Chem. Soc. Jpn. 2003, 76, 1055. doi: 10.1246/bcsj.76.1055.
[5] Kitamura, S. Chiba, O. Saku, K. Narasaka, Chem. Lett. 2002, 31, 606. doi: 10.1246/cl.2002.606.
[6] Chiba, M. Kitamura, O. Saku, K. Narasaka, Bull. Chem. Soc. Jpn. 2004, 77, 785. doi: 10.1246/bcsj.77.785.
[7] Sakoda, J. Mihara, J. Ichikawa, Chem. Commun. 2005, 41, 4684. doi: 10.1039/b510039a.
[8] Kitamura, H. Yanagisawa, M. Yamane, K. Narasaka, Heterocycles 2005, 65, 273. doi: 10.3987/COM-04-10280.
[9] Zaman, K. Mitsuru, A. D. Abell, Org. Lett. 2005, 7, 609. doi: 10.1021/ol047628p.
[10] Kitamura, D. Kudo, K. Narasaka, ARKIVOC 2006, 3, 148. doi: 10.3998/ark.5550190.0007.312.
[11] Zhu, Y. Chan, Synlett 2008, 1250. doi: 10.1055/s-2008-1072728.
[12] Zhu, Y. Su, Y. Chan, I. Chen, C. Liao, Heterocycles 2009, 78, 369. doi: 10.3987/COM-08-11508.
[13] Tsao, J. Zhu, Heterocycles 2012, 85, 383. doi: 10.3987/COM-11-12396.
[14] Kitamura, Y. Moriyasu, T. Okauchi, Synlett 2011, 643. doi: 10.1055/s-0030-1259556.
[15] Faulkner, J. S. Scott, J. F. Bower, Chem. Commun. 2013, 49, 1521. doi: 10.1039/C2CC38944D.
[16] J. Race, J. F. Bower, Org. Lett. 2013, 15, 4616. doi: 10.1021/ol4023112.
[17] Faulkner, N. J. Race, J. S. Scott, J. F. Bower, Chem. Sci. 2014, 5, 2416. doi:
10.1039/C4SC00652F.
[18] A. Shuler, G. Yin, S. B. Krause, C. M. Vesper, D. A. Watson, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 13830. doi: 10.1021/jacs.6b08932.
[19] J. Race, A. Faulkner, G. Fumagalli, T. Yamauchi, J. S. Scott, M. Rydén-Landergren, H. A. Sparkes, J. F. Bower, Chem. Sci. 2017, 8, 1981. doi: 10.1039/c6sc04466b.
[20] R. Hazelden, R. C. Carmona, T. Langer, P. G. Pringle, J. F. Bower, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 5124. doi: 10.1002/anie.201801109.
[21] Kitamura, K. Narasaka, Chem. Rec. 2002, 2, 268. doi: 10.1002/tcr.10030.
[22] Narasaka, M. Kitamura, Eur. J. Org. Chem. 2005, 4505. doi: 10.1002/ejoc.200500389.
[23] Huang, J. Cai, G. Deng, Org. Biomol. Chem. 2016, 14, 1519. doi:
10.1039/C5OB02417J.
[24] Faulkner, J. F. Bower, Angew. Chem. 2012, 124, 1707.doi: 10.1002/ange.201107511.
[25] H. Tsutsui, M. Kitamura, K. Narasaka, Bull. Chem. Soc. Jpn. 2002, 75, 1451. doi: 10.1246/bcsj.75.1451.
[26] A. Faulkner, J. F. Bower, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 1675. doi: 10.1002/anie.201107511.
[27] N. J. Race, I. R. Hazelden, A. Faulkner, J. F. Bower, Chem. Sci. 2017, 8, 5248.doi: 10.1039/C7SC01480E.

反应机理

参考文献

[1] N. J. Race, A. Faulkner, M. H. Shaw, J. F. Bower, Chem. Sci. 2016, 7, 1508. doi: 10.1039/c5sc04037j.
[2] A. Faulkner, J. S. Scott, J. F. Bower, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7224. doi: 10.1021/jacs.5b03732.
[3] W. Kong, Q. Wang, J. Zhu, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 16028. doi: 10.1021/jacs.5b11625.
[4] N. J. Race, A. Faulkner, G. Fumagalli, T. Yamauchi, J. S. Scott, M. Rydén-Landergren, H. A. Sparkes, J. F. Bower, Chem. Sci. 2017, 8, 1981. doi: 10.1039/c6sc04466b.
[5] H. Chen, S. Chiba, Org. Biomol. Chem. 2014, 12, 42. doi: 10.1039/C3OB41871E.

反应实例

苯并稠环化合物的合成[1]

Cascade Narasaka-Heck /芳基C-H键烷基化[2]

跨环Narasaka-Heck环化[3]

实验步骤

Narasaka-Heck环化

向经烘箱干燥过的反应管中放入磁力搅拌子，之后加入Pd₂(dba)₃ (0.025 eq.)、P(3,5-(CF₃)₂Ph)₃ 0.01 eq.)及肟酯底物 (1 eq.)。将反应管用橡胶塞密封，并充入氩气。再通过注射器加入无水DMF (维持底物浓度为0.1 M)与Et₃N (4 eq.)。将上述混合物置于油浴中加热 (根据不同肟酯底物，控制温度范围为60-120 ^oC)直至反应完成。反应结束后，将反应混合物冷却至室温，减压除去溶剂。残余物采用硅胶柱色谱分离纯化，获得相应含氮杂环产物。

对映选择性Narasaka-Heck环化

向经烘箱干燥过的反应管中放入磁力搅拌子，之后加入Pd₂(dba)₃ (0.025 eq.)、P(3,5-(CF₃)₂Ph)₃ 0.01 eq.)、手性配体(0.075 eq.)及肟酯底物 (1 eq.)。将反应管用橡胶塞密封，并充入氩气。再通过注射器加入无水DMF (维持底物浓度为0.1 M)与Et₃N (4 eq.)。将上述混合物置于油浴中加热 (根据不同肟酯底物，控制温度范围为60-120 ^oC)直至反应完成。反应结束后，将反应混合物冷却至室温，减压除去溶剂。残余物采用硅胶柱色谱分离纯化，获得相应含氮杂环产物。