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金催化3-(2-叠氮苯基)丙-2-炔-1-醇和醛选择性合成杂环
摘要:本课题研究了金催化3-(2-叠氮苯基)丙-2-炔-1-醇与醛的串联环化反应合成6-(2-叠氮苯基)- 4H-1,3-二噁英和4,5-二氢[1,3]二氧[5,4-b]吲哚的有效方法。在温和的反应条件下，以中等至良好的产率获得目标产物。而在2-二环己基-膦基-2#39;,4#39;,6#39;-三异丙基联苯金(I)双(三氟甲基-甲磺酰)亚酰亚胺(XPhosAuNTf2)存在下，反应选择性合成了3-(2-叠氮苯基)丙-2-炔基-1-醇。
关键词：均相催化·金·环化·化学选择性·氮杂环·氧杂环
在过去的近十年中，均相金催化反应已经成为有机化学中构建天然产物和复杂分子的有效方法[1]。已经报道了大量关于金催化剂有效pi;活化合成转化的反应文章[2]。近年来，金催化二炔[4]、烯炔[5]、氮氧化物[6]的反应以及在1,2-丙炔酯[7]的重排反应得到的金碳烯类化合物[3]中间体已经被广泛研究。然而，叠氮化合物和炔烃原位生成的alpha;-亚胺金卡宾化合物还远未被充分开发[8]。2005年，Toste课题组报道了烷基叠氮化合物和炔烃生成alpha;-亚胺金卡宾合成吡咯[8r]的报道。在这项开创性工作之后，Gagosz和Zhang等人报道了炔基叠氮化合物原位形成的alpha;-亚胺金卡宾制备吲哚衍生物的新方法[8n,8o]。2014年，Ohno课题组报道了金催化炔酰胺基叠氮串联环化反应合成吲哚喹啉[8j]的工作。2015年，Gong课题组报道了金催化的2炔基苯基叠氮化物与炔丙醇的串联反应，用于合成吡咯吲哚酮[8d]类化合物。与这些工作研究相比，目前还没有关于探索3-(2-叠氮苯基)丙-2-炔-1-醇与醛在杂环化合物合成中的反应和应用的文献报道。
作为我们正在研究的金催化串联反应的一部分[9]，我们致力于以醛捕获炔基叠氮化合物原位生成的alpha;-亚胺金卡宾类化合物的研究。我们猜想3-(2-叠氮苯基)丙-2-炔-1-醇1的金催化反应将导致含有羟基的alpha;-亚胺金卡宾的形成，得到各种 4,5-二氢[1,3]二氧杂环[5,4b]吲哚4，在经醛捕获后，将发生分子内羟基发生反应。意想不到的是，我们以良好的产率获得了预期的吲哚产物4和意料之外的6-(2-叠氮基苯基)-4H-1,3二噁英3[10]，其选择性取决于芳香环上R1基的性质(方案1)。有趣的是，意外所得的4H-1,3二噁英3也是非常有用的化合物，它们常被用作非常重要的合成前体来生成取代烯醛[11]。在此，我们公开了这种高效且通用的金催化方法的详细信息，该方法利用3-(2-叠氮苯基)丙-2-炔-1-醇1和醛2原位生成的alpha;-亚胺金卡宾区域选择性合成6-（2-叠氮苯基）-4H-1,3二噁英3和4,5-二氢[1,3]二噁英[5,4b]吲哚4。
图1 反应机理
最初，我们选择致力于3-(2-叠氮苯基)丙-2-炔-1-醇（1a）与丙醛（2a）在多种金催化剂存在下的反应，以建立反应条件（表1）。因此，我们用2-二环己基-膦基-2#39;,4#39;,6#39;-三异丙基联苯金(I)双(三氟甲基-甲磺酰)亚酰亚胺（XPhosAuNTf2）（2 mol %）在0℃下处理1a（1当量）和2a（10当量）的溶液1小时，得到最佳结果（表1，条目1）。在此条件下，得到的6-(2-叠氮苯基)- 4H-1,3-二噁英（3a）产率为68%。另一方面，如果在CH2Cl2、THF或1,4-二氧六环代替1,2-二氯乙烷（DCE）作为溶剂（表1，条目24）的条件中进行反应，则得到的产物产率略低。如果反应在3小时后以tBuXPhosAuNTf2 作为催化剂进行，也可以得到类似的产物产率（表1，条目5）。相反，以PPh3AuNTf2、IPrAuNTf2或AuCl3作为催化剂，将以45–53%的略低产率得到3a，而使用JohnPhosAuCl或AgNTf2时则未获得预期的4H-1,3-二噁英（表1，条目6–10）。在后一种情况下，反应后起始材料1a被回收。如果反应在没有任何催化剂的情况下进行，将会得到了同样的结果（表1，条目11）。如果反应在室温下进行反应，则以35%的显著较低产率获得所需产物3a（表1，条目12）。如果反应使用5当量的2a，收益率则会下降到32%（表1，条目13）。
为了确定本程序的范围，我们将注意力转向各种3-(2-叠氮苯基)丙-2-炔-1-醇1与醛2（表2）的反应。以3-(2-叠氮苯基)丙-2-炔-1-醇（1a）与乙醛（2b）和n-庚醛（2c）反应得到我们所需的4H-1,3二噁英3b和3c作为唯一产物，产率为73–75%。然而，在0℃下使用环丙烷碳醛（2d）作为底物1小时后，起始材料1a被回收。而在室温或60℃下重复此反应，所得到的分解产物的混合物不能通过1 H NMR光谱分析粗混合物来鉴定。3-(2-叠氮基苯基）丙-2-炔-1醇1与芳香环上的吸电子或给电子R1基团或甲醇碳原子上的不同的R2基团与2反应，得到所需的4H-1,3-二噁英3e–j产率为34–73%。值得注意的是，使用4-(2-叠氮苯基)丁-3-炔-1-醇（1r）或苯甲醛（2s）作为底物会导致分解产物的混合物无法通过分析原油混合物核磁共振氢谱来鉴定。
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