对映选择性邻位烯烃二磺酰氧基化反应

《Tetrahedron》：Enantioselective vicinal olefin disulfonoxylation

　　阿比吉特·曼纳（Abhijit Manna）| 拉朱·西尔弗（Raju Silver）| 明图·蒙达（Mintu Munda）| 夏姆·萨蒂亚穆尔蒂（Shyam Sathyamoorthi）
美国堪萨斯大学药学化学系，劳伦斯，KS 66047

**摘要**
我们公开了一种新的协议，用于末端烯烃的对映选择性、邻位二磺酰氧基化反应。该过程操作简单，只需将烯烃底物与1.2当量的对映纯I(III)试剂和2当量的磺酸在1,2-二氯苯中于0°C下搅拌19小时即可。无需采取特殊措施来排除空气或环境中的水分。该反应具有可扩展性，许多有趣的官能团能够保留下来，且所得产物具有重要的手性价值。

邻位烯烃的二羟基化是有机化学中的关键转化反应[1,2]。自从夏普莱斯（Sharpless）及其同事开发出一种通用的对映选择性方法[3]后，二羟基化技术在化学合成中的应用迅速增加，现已成为多个领域不可或缺的技术[4]。通常，在烯烃二羟基化之后，生成的醇类会进一步衍生化。常见的衍生物包括甲磺酸酯和甲苯磺酸酯，它们在多种取代和消除反应中起着重要作用。因此，能够直接将烯烃转化为邻位二甲磺酸酯或甲苯磺酸酯的方法在步骤经济性方面具有显著优势。基于科瑟（Koser）及其同事的开创性工作[5,6]，我们实验室最近开发并公开了非常便捷的烯烃邻位二磺酰氧基化方法[7]。我们的反应中，烯烃作为限制性试剂使用（这比早期主要使用烯烃作为反应溶剂的方案有所进步），并且多种烷基（甲磺酸、乙磺酸、樟脑磺酸）和芳基磺酸均适用于此反应。目前文献中关于对映选择性邻位二磺酰氧基化的例子非常少，且底物范围仅限于苯乙烯[8, [9], [10], [11]]。我们推测，填补这一研究空白将有助于开发出通用且对映选择性的邻位二磺酰氧基化方法，其产物将对多个化学领域具有实际应用价值（见图1）。

**图1.** 文献中关于烯烃二磺酰氧基化的例子很少，尤其是对映选择性版本更是寥寥无几。受到Wirth和Fujita关于苯乙烯对映选择性甲苯磺酰氧基化研究的启发[8,11]，我们通过筛选对映纯高价碘试剂开始优化所提出的烯烃邻位二磺酰氧基化反应（见表1[12], [13], [14], [15]）。我们发现，当1-辛烯与对映纯I(III)氧化剂V[16]和对甲苯磺酸（p-TsOH）在CH2Cl2中于室温下反应时，目标甲苯磺酸酯产物的产率为74%，对映选择性为70%。当溶剂从CH2Cl2改为1,2-二氯苯后，产率提升至86%，对映选择性也提高到77%。虽然将反应温度保持在0°C会略微降低产率，但对映选择性提升至88%。尽管尝试使用更便宜的氧化剂（如mCPBA）进行催化反应并未成功，但我们注意到可以从反应混合物中回收并纯化还原后的芳基碘化物。

**表1.** 优化研究结果

由于我们的优化实验仅使用了对甲苯磺酸，我们进一步研究了其他磺酸的适用性（见图2）。令人高兴的是，多种磺酸都能与辛-1-烯顺利反应，生成具有合成价值的邻位二磺酸酯，且对映选择性良好。甲氧基、硝基和芳基卤素等官能团均能被耐受（见图2，产物2B、2C、2D、2F、2G）。即使是像1-萘和2-萘磺酸这样的“大体积”化合物也能参与反应（见图2，产物2I和2J）。然而，并非所有磺酸都适用，相关结果也已在表2中列出（见图2，表现不佳的磺酸）。

**图2.** 不同磺酸与辛-1-烯的反应情况

多种末端烯烃均适用于我们优化的反应条件（见图3）。根据底物的不同，对映选择性可达到93%。一般来说，结构上不受阻碍的末端烯烃（即不靠近苯环等大体积基团的烯烃）能够产生高产率和优异对映选择性的产物（见图3，产物3A、3J、3M、3S等）。相比之下，烯丙基苯类底物的产率较低，且产物几乎不显示对映富集现象（见图3，表现不佳的磺酸）。我们的优化方案能够耐受多种官能团，包括腈类、甲苯磺酸酯、酯类、磺酰胺类和邻苯二甲酰亚胺类（见图3，产物3D和3M-3S）。为了获得良好的反应效果，必须使用末端烯烃作为底物，因为反式芪或反式3-己二腈无法生成二磺酸酯（见图3，表现不佳的磺酸）。这些产物的绝对立体化学结构是通过与市售的对映纯醇类标准品进行比较确定的（详见支持信息中的结构推理部分）。

**图3.** 不同烯烃与各种偶联底物的反应结果

图4展示了该转化的反应机理。在对映纯I(III)氧化剂攻击烯烃底物时可能发生对映分化[17]，随后通过还原消除反应生成产物和还原后的对映纯芳基碘化物。

**图4.** 提出的烯烃邻位二磺酰氧基化反应机理

反应规模可以从0.2 mmol扩大到1 mmol，而产率和对映选择性均不受影响（见图5A）。甲苯磺酸酯2A是一种多功能的手性化合物（见图5B）。过量的叠氮化钠可以置换两种甲苯磺酸酯。叠氮化物在钯碳催化剂作用下可还原为胺类，进而转化为二碳酸酯或二脲类。我们对这一结果尤为满意，因为二脲类作为氢键催化剂在多种对映选择性转化中具有广泛应用[18,19]。

**图5.** (A) 扩大规模反应；(B) 应用示例

总之，我们发明了一种用于末端烯烃对映选择性邻位二磺酰氧基化的方法。该方法操作简单，只需将烯烃底物与1.2当量的对映纯I(III)试剂和2当量的磺酸在1,2-二氯苯中于0°C下搅拌19小时。无需特殊措施来排除空气或环境中的水分。许多有趣的官能团在反应条件下得以保留，且所得产物具有重要的手性价值。鉴于对映选择性二羟基化的核心重要性，我们预计类似技术在未来也会得到广泛应用。

**作者贡献声明**
阿比吉特·曼纳（Abhijit Manna）：数据整理、数据分析、实验设计、方法研究、初稿撰写
拉朱·西尔弗（Raju Silver）：数据整理、数据分析、实验设计、方法研究、初稿撰写
明图·蒙达（Mintu Munda）：数据整理、数据分析、实验设计、初稿撰写
夏姆·萨蒂亚穆尔蒂（Shyam Sathyamoorthi）：概念构思、数据分析、资金获取、实验指导、初稿撰写及修订编辑