2H-氮雜環丙烯是最小的不飽和雜環化合物,由于其獨特的環張力和C=N雙鍵,該類化合物比其他類型的酮亞胺更具反應性,可以經歷各種對映選擇性反應,包括還原和Diels-Alder反應,以及對C = N雙鍵的親核反應,用于合成具有各種生物活性的手性氮雜環丙烷和胺類衍生物。因此,特別是在最近幾年中,2H-氮雜環丙烯的對映選擇性反應已成為熱門話題。
日本名古屋工業大學材料科學前沿研究所Shuichi Nakamura教授長期致力于手性催化劑的開發,對映選擇性合成以及生物活性化合物的合成,于2019年寫了一篇關于2H-氮雜環丙烯的對映選擇性反應綜述,發表于《Chemistry-An Asian Journal》。在此微型綜述中,作者重點介紹了使用催化或化學計量的手性添加劑對2H-氮雜環丙烯的對映選擇性反應,反應機理以及2H-氮雜環丙烯和相關化合物在有機合成中{attr}2127{/attr}。

首先作者對2H-氮雜環丙烯的合成,對映選擇性反應以及含氮雜環丙烷的活性分子進行了簡單介紹。合成2H-氮雜環丙烯的策略主要有四種(Figure 1):1)相應的乙烯基疊氮化物的熱解或光解,2)亞胺的Neber重排,3)氮雜環丙烷衍生物的Swern氧化,4)卡賓和腈類的加成。

2H-氮雜環丙烯由于其自身的環張力和C=N雙鍵,作為親電試劑或親雙烯體很容易發生一些對映選擇性反應(Figure 2)。例如,在手性催化劑存在下,三取代的2H-氮雜環丙烯與還原劑反應,得到具有三取代碳立體中心的手性氮雜環丙烷以及與親核試劑或二烯反應,得到具有四取代立體中心的氮雜環丙烷。


氮雜環丙烷作為有機化學中有價值的手性構件,也存在于各種活性小分子中,包括抗腫瘤和抗菌等活性(Figure 4)。

然后作者對使用催化或化學計量的手性添加劑對2H-氮雜環丙烯的對映選擇性反應進行了詳細介紹。
1. 2H-氮雜環丙烯的對映選擇性還原反應
Somfai及其同事在2002年報道了第一個2H-氮雜環丙烯的催化對映選擇性反應(Scheme1)。使用催化量的手性氨基醇3和[RuCl2(p-cymene)]2,以i-PrOH作為氫供體,通過轉移氫化反應以高收率和中等對映選擇性得到具有三取代手性碳中心的手性氮雜環丙烷2。該反應的立體選擇性結果受芳環上的取代基和烷基體積的強烈影響。

2. 2H-氮雜環丙烯的對映選擇性Diels-Alder反應
2003年,Somfai及其同事報道了2H-氮雜環丙烯作為親雙烯體的對映體選擇性氮雜Diels-Alder反應(Scheme 2)。使用化學計量的由BINOL(7)-鋁或雙(惡唑啉)(8)-鎂絡合物衍生的手性路易斯酸,將2H-氮雜環丙烯-3-羧酸芐基酯4與環戊二烯5反應,以中等收率和對映選擇性得到相應的Diels-Alder加成產物6。

3. 2H-氮雜環丙烯的對映選擇性親核反應
2002年,Somfai及其同事報道了第一例2H-氮雜環丙烯與親核試劑的加成反應(Scheme3),他們研究了用化學計量的(-)斯巴丁胺11作為手性添加劑,3-(2-萘基)-2H-氮雜環丙烯 9與烷基,芳基或乙烯基鋰試劑的對映選擇性反應,以低收率得到產物10,ee最高只有17%。

然后,在2016年,四川大學馮小明院士及其同事報道了通過使用手性N,N'-二氧化物(16)/ Sc(III)催化劑對2位具有手性中心的外消旋2, 3-二取代的2H-氮雜環丙烯與氧化吲哚進行酰胺化反應的動力學拆分(Scheme 4)。該策略允許獲得帶有兩個立體中心的手性氮雜環丙烷,并同時回收在2-位具有手性的未反應的手性2H-氮雜環丙烯。

同年,吉林大學張鎖秦教授及其同事報道了使用10 mol%手性亞氨基二磷酸催化劑20作為布朗斯特酸催化劑,芳基吡唑18與外消旋2,3-二取代的2H-氮雜環丙烯12的親核加成反應(Scheme 5)。

2017年,Nakamura及其同事報道了亞磷酸酯對2H-氮雜環丙烯的首次高對映選擇性親核加成反應(Scheme 6)。

2018年,Nakamura及其同事報道了硫醇與2H-氮雜環丙烯的對映選擇性反應,該反應使用8-喹啉磺酰化辛可尼定催化劑39或40可以以高收率和高對映選擇性分別提供產物(R)-38和(S)-38(Scheme8)。

同年,清華大學汪艦教授課題組報道了碳親核試劑與2H-氮雜環丙烯的首次催化不對稱反應(Scheme 10)。該反應由氮雜環卡賓(NHC)催化,經歷Breslow中間體,以高產率和對映選擇性得到產物49,底物為芳香醛不包括脂肪醛。

其后,四川大學馮小明和林麗麗團隊報道了使用手性N,N'-二氧化物(60)/Cu(II)絡合物催化劑,外消旋的2, 3-雙取代2H-氮雜環丙烯57與作為碳親核試劑的β-酮酰胺58的高度立體選擇性反應,該反應具有高產率以及非對映和對映選擇性,能夠得到具有鄰位四取代的立體中心的手性氮雜環丙烷59(Scheme 12)。

總結與展望:該綜述總結了2H-氮雜環丙烯的對映選擇性反應,包括動力學拆分策略。2H-氮雜環丙烯作為最小的不飽和雜環化合物,其在合成手性化合物包括天然產物和生物活性分子中起重要作用。為了獲得具有高對映體純度的手性氮雜環丙烷,開發一種用于2H-氮雜環丙烯不對稱反應的新策略是一項非常具有挑戰性但很有吸引力的任務。







