含手性噁唑啉结构的金鸡纳生物碱基季铵相转移催化剂的合成与应用

《Tetrahedron》:Synthesis and application of chiral oxazoline-containing cinchona alkaloid-based quaternary ammonium phase-transfer catalysts

【字体: 时间:2026年05月02日 来源:Tetrahedron 2.2

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  陶天|余莉|赵家轩|白磊|徐长明兰州交通大学化学与化学工程学院,中国兰州,730070摘要我们开发了一类新型的手性噁唑啉衍生的金鸡纳生物碱季铵相转移催化剂,这类催化剂在一个分子内含有两种不同的手性结构。通过5-7步反应合成了27种新的催化剂,总产率为28-72%。其中,催化剂CD

  
陶天|余莉|赵家轩|白磊|徐长明
兰州交通大学化学与化学工程学院,中国兰州,730070

摘要

我们开发了一类新型的手性噁唑啉衍生的金鸡纳生物碱季铵相转移催化剂,这类催化剂在一个分子内含有两种不同的手性结构。通过5-7步反应合成了27种新的催化剂,总产率为28-72%。其中,催化剂CD-m-(R)-10a在不对称烷基化甘氨酸衍生的Schiff碱反应中表现出优异的性能,能够以高达99%的产率和99%的对映选择性合成α-单取代和α,α-双取代的α-氨基酸。

引言

在过去四十年中,不对称相转移催化技术得到了迅速发展,这在一定程度上得益于默克公司(Merck)在金鸡纳生物碱衍生的季铵相转移催化剂(PTCs)研究方面的开创性工作[[1], [2], [3]]。该技术的操作简便性、温和的反应条件以及可扩展性是其快速发展的核心优势[[4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11]]。手性PTCs对于构建各种碳-碳和碳-杂原子键具有重要的对映选择性,其催化效率高度依赖于其手性结合口袋的精确三维结构,从而通过与底物的非共价相互作用实现精确的立体控制[[12], [13], [14]]。因此,人们开发了多种类型的PTCs,如联萘基[[15], [16], [17], [18]]、酒石酸[[19], [20], [21], [22]]、1,1-螺二吲烷基季铵催化剂[[23], [24], [25]]、戊氮鎓[26,27]、(双)胍鎓[28], [29], [30]]、1,2,3-三唑鎓[31,32]以及手性磷鎓盐[[33], [34], [35]]。然而,除了基于金鸡纳生物碱的PTCs外,大多数PTCs的合成过程较为复杂,并且结构修饰的空间有限。这些限制促使人们开发出更易于合成、修饰和多样化的新型PTCs。从合成便利性的角度来看,光学纯的天然产物(如金鸡纳生物碱)是理想的选择。然而,传统的基于金鸡纳生物碱的PTCs设计通常侧重于引入体积庞大或电子活性的取代基来调节立体和电子效应,这导致其可调性存在固有的局限性(图1a)[[1], [2], [3],[36], [37], [38]]。我们设想,在催化剂中引入额外的手性单元可能会为扩展手性PTCs库提供一条有前景的途径。此外,一个催化剂内多个手性结构的协同作用被认为有助于克服现有的对映选择性控制方面的限制。然而,将多个手性结构整合到一个催化剂中的现有策略面临诸多挑战。共价连接的二聚体金鸡纳生物碱衍生的PTCs往往受到结构对称性的限制,这不利于进一步的结构修饰(图1b)[[39], [40], [41], [42]]。2021年,胡等人设计了一种氨基酸衍生物保护的基于金鸡纳生物碱的PTCs(图1c),其中氨基酸单元显著影响了[4 + 1]环化反应的对映选择性[[43]]。在这里,我们报道了一种含有噁唑啉的手性金鸡纳生物碱衍生PTCs(图1d),该催化剂在一个分子内含有两种不同的手性结构,从而能够快速建立庞大的催化剂库。

章节摘录

结果与讨论

新型含有噁唑啉的金鸡纳生物碱衍生PTCs的合成路线如图1所示。首先,将起始物质对位-和间位-(溴甲基)苯甲酸(12)分别用硫酰氯转化为相应的酰氯(34)。随后与各种对映纯的氨基醇进行缩合,得到目标含有噁唑啉的苄基溴化物衍生物(56)。整个四步反应的产率为54-79%

结论

总之,我们开发了一类新型的手性噁唑啉功能化的金鸡纳生物碱季铵PTCs,这类催化剂在一个分子内含有两种不同的手性结构,有助于快速建立庞大的催化剂库。27种新的催化剂通过5-7步反应高效合成,总产率为28-72%,且仅有两个步骤需要柱层析纯化。其中,催化剂CD-m-(R)-10a表现出卓越的性能

一般实验信息

1H和13C光谱是在Bruck Avance NEO-500 MHz光谱仪上测得的(1H NMR的频率为500 MHz,13C NMR的频率为125 MHz)。1H NMR化学位移以ppm(δ)表示,以四甲基硅烷(TMS)为内标;13C NMR化学位移也以ppm(δ)表示,同样以四甲基硅烷(TMS)为内标。高分辨率质谱(HRMS)数据使用Thermo Scientific Q Exactive仪器获得

CRediT作者贡献声明

陶天:数据整理、研究、初稿撰写。余莉:数据整理、研究。赵家轩:数据整理、研究。白磊:资金筹集、方法设计、撰写及审稿编辑。徐长明:概念构思、资金筹集、项目管理、监督、撰写及审稿编辑。

不存在需要声明的利益冲突。

致谢

我们感谢国家自然科学基金(资助编号:22061025和22367021)和甘肃省自然科学基金(资助编号:24JRRA134)的财政支持。
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