手性Lewis酸催化硝酮与烯烃的1_3_偶极环加成反应

2005年第25卷有机化学V ol. 25, 2005 第1期, 1～7 Chinese Journal of Organic Chemistry No. 1, 1～7

图1硝酮与烯烃的1,3-偶极环加成反应

Figure 1 1,3-Dipolar cycloadditions between nitrones and al-

kenes

* E-mail: xfstone81@

Received December 29, 2003; revised and accepted May 13, 2004.

天津市自然科学重点基金(No. 033802011)资助项目.

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有 机 化 学 V ol. 25, 2005

所取得进展.

1 硝酮与缺电子烯烃的1,3-偶极环加成反应

在硝酮与缺电子烯烃的1,3-偶极环加成反应的研究中, 常用的亲偶极体为3-(3-取代丙烯酰)-噁唑烷-2-酮(1

).

Kobayashi 等[10]选用手性Yb(III)催化剂5, 进行烯酮1与硝酮2的1,3-偶极环加成反应(反应式1), 得到光学纯度高的异噁唑烷衍生物. Yb(OTf)3, (S )-1,1'-联二(2-萘酚)[(S )-BINOL]和三乙胺(Et 3N)络合形成手性Yb(III)催化剂5a , 催化N -苄基-N -苯亚甲基氧化胺(2, R 2

＝Ph, R 3＝Bn)和3-(2-丁烯酰)-1,3-噁唑烷2-酮(1, R 1＝CH 3)的1,3-偶极环加成反应, 收率为65%, 有高的非对映选择性(endo /exo ＝99/1), 且反应对映选择性适中(63% ee ). 然而, 手性胺的应用明显地影响了反应的立体选择性. 手性配体中含有手性胺的新型Yb(III)催化剂5d ～5g , 包含了两个独立的手性结构, 因此称为异手性的Yb(III)催化剂. 1,3-偶极环加成反应中的手性环境不仅受(S )-BINOL 的影响, 同时也受到了手性胺的影响. 其中, 5f 的催化性能最好, 同时具有高的非对映选择性和对映选择性, 且产物的收率很高(80%～90%), 主产物(endo -3)的光学纯度几乎都在80%以上, 最高可达

96%.

Furukawa 等[11]从多种手性膦配体6～11与Pd(II), Ru(II)的络合物中筛选出对反应(1)有较高对映选择性的(S )-TolBINAP-Pd(II)腈络合物12作为手性Lewis 酸催化

剂催化硝酮2与缺电子烯烃1的1,3-偶极环加成反应, 取得了理想的效果. 其中, 12催化N -甲基-N -苯亚甲基氧化胺、N -苄基-N -苯亚甲基氧化胺和3-(2-丁烯酰)-1,3-噁唑烷2-酮的反应, 产物的收率达到90%左右, 而非对映异构体的光学纯度最高可达

93%.

Faita 等[12]利用二噁唑啉化合物(R )-13和Mg(Cl- O 4)2, Mg(OTf)2, Zn(ClO 4)2的络合物催化二苯基硝酮(2, R 2＝R 3＝Ph)与丙烯酰噁唑烷酮(1, R 1＝H)的1,3-偶极环加成反应. 其中, Mg(ClO 4)2, Mg(OTf)2与(R )-13络合的催化剂明显地提高了反应的对映选择性(可达到80%～86% ee ). 但是, Zn(ClO 4)2与(R )-13的络合物的催化效果不佳

.

Ohta 等[13]合成了由BINOL (14)衍生的一系列手性配体BINOL-Box (14a ～14f ), 并使之与镧系元素的三氟甲基磺酸盐(Sc(OTf)3, Y(OTf)3, La(OTf)3, Pr(OTf)3, Yb(OTf)3以及Lu(OTf)3)络合形成手性Lewis 酸催化剂催化N -苄基-N -苯亚甲基氧化胺(2, R 2＝Ph, R 3＝Bn)与3-(E -2-丁烯酰)-1,3-噁唑烷-2-酮(1, R 1＝CH 3)的1,3-偶极环加成反应. Sc(OTf)3与(S ,R )-14d 的络合物为催化剂, 反应的对映选择性为83% ee . 而其它镧系Lewis 酸与(S ,R )-14d 的络合物对反应无明显的对映选择性. Sc(OTf)3与14a ～14f 的络合物中, (S ,R )-14d -Sc(OTf)3催化性能最为理想, 反应收率为86%, 高的非对映选择性

(endo /exo ＝92/8), 主产物(endo )的光学纯度为83%.

Kanemasa 等[14]利用手性配体2,2'-二噁唑啉二苯并呋喃(DBFOX)与Ni(ClO 4)2•6H 2O 的含水络合物15, 催化3-(E -2-丁烯酰)-1,3-噁唑烷-2-酮(1, R 1＝CH 3)与硝酮2的1,3-偶极环加成反应. 反应收率可达100%, 内型产

No. 1

胡晓芬等：手性Lewis 酸催化硝酮与烯烃的1,3-偶极环加成反应

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物的对映选择性为87%～99% ee

.

Tsushima 等[15]先后合成了手性配体2,6-二(4-取代噁唑啉)吡啶体系pybox (16和17), 其与Ni(ClO 4)2- (H 2O)6的络合物在烯酮1与硝酮2的1,3-偶极环加成反应中得到了很好的应用. 其中, 空间位阻大的手性配体pybox 有利于提高反应的对映选择性. 16b 相对于16a 大大提高了反应的对映选择性(>80% ee ), 以17b ～17d 为手性配体的催化剂均使反应的对映选择性高于92% ee , 且催化性能依次增加.

Yamada 等[16]利用β-酮亚胺与钴(III)阳离子的络合物20催化N -芳亚甲基-N -苯基氧化胺(2, R 2＝Ar, R 3＝Ph)与1-甲酰基-1-环戊烯(18)的1,3-偶极环加成反应. 在反应液中加入NaBH 4的乙醇溶液猝灭环加成反应, 将环加成产物的醛基转化为更稳定的醇, 产物19保持了

1,3-偶极环加成反应的收率、非对映选择性和对映选择性(反应式2). 钴络合物20a ～20d 催化的反应得到与20e ～20f 相反的对映选择性, 其中, 催化剂20e 的对映选择催化能力最强, 对于多种芳基取代的硝酮, 产物的光学纯度均在80%以上

.

Kündig 等[17]将应用于Diels-Alder 反应[18]的Fe-和Ru-Lewis 酸催化剂21, 22应用于硝酮与烯烃的1,3-偶极环加成反应(3)和(4), 效果也十分理想. 21与22催化环加成反应(3), 非对映选择专一地生成内型产物, 两种区域异构体24, 25的对映选择性高(66%～94% ee ).

硝酮26与烯醛23的1,3-偶极环加成反应(4)形成单一的非对映异构体27. 利用(R ,R )-21催化反应, 对映选择性可达96% ee , 并且产物的收率可提高到92%. 利用对映选择催化能力较高的(R ,R )-21催化各环状硝酮与烯醛的1,3-偶极环加成反应, 产物的收率和对映选择性都比较理想, 产物的光学纯度最高可达96%以上[17]

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