通过2-[4-甲苯磺酰氧基丁基]氮杂环丙烷生成双环氮杂环丙烯𬭩离子,例如1-氮杂双环[4.1.0]庚烷对甲苯磺酸盐,并利用该中间体与多种亲核试剂发生区域选择性和立体专一性的环扩增反应,制备取代的哌啶和氮杂环庚烷。这一高效的方法使我们能够合成多种含氮杂环化合物,包括天然产物如枫碱(fagomine)、抗疟碱类似物(febrifugine analogue)和巴兰醇(balanol)。
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通过2-[4-甲苯磺酰氧基丁基]氮杂环丙烷生成双环氮杂环丙烯𬭩离子,例如1-氮杂双环[4.1.0]庚烷对甲苯磺酸盐,并利用该中间体与多种亲核试剂发生区域选择性和立体专一性的环扩增反应,制备取代的哌啶和氮杂环庚烷。这一高效的方法使我们能够合成多种含氮杂环化合物,包括天然产物如枫碱(fagomine)、抗疟碱类似物(febrifugine analogue)和巴兰醇(balanol)。
通过氮杂环丙烷环中的氮原子对适当的离去基团进行分子内亲核进攻,从而消除离去基团,生成双环氮杂环丙烯𬭩离子。此类双环氮杂环丙烯𬭩离子,特别是1-氮杂双环[3.1.0]己烷和1-氮杂双环[4.1.0]庚烷对甲苯磺酸盐,在亲核试剂对氮杂环丙烷环的开环反应中表现出重要用途;该过程通过释放环张力,区域选择性和立体专一性地生成相应的环扩增氮杂环化合物,例如吡咯烷、哌啶和氮杂环庚烷,并在环上引入多种取代基。本文报道了一种简便且高效的方法,用于制备稳定的1-氮杂双环[4.1.0]庚烷对甲苯磺酸盐,并通过亲核试剂选择性地进攻桥碳或桥头碳原子,分别得到哌啶环和氮杂环庚烷环。该合成策略使我们能够高效地构建含有哌啶和氮杂环庚烷结构单元的生物活性天然产物,包括sedamine、allosedamine、fagomine和balanol。
在三元环化合物中,氮杂环丙烷的环张力能与环丙烷和氧杂环丙烷相似,可通过开环反应生成多种含氮的环状和非环状化合物1,2,3。然而,氮杂环丙烷的性质和反应活性取决于环上氮原子的取代基。当氮原子上连有吸电子基团时4,该类氮杂环丙烷被称为"活化的氮杂环丙烷",其本身即具有足够的活性,无需额外的活化试剂即可与亲核试剂发生反应。另一方面,氮原子上带有给电子取代基的"非活化的氮杂环丙烷"则非常稳定,对亲核试剂呈惰性,除非其被转化为氮杂环丙鎓离子(如Ia所示,图1a)5,6,7。非活化氮杂环丙烷的开环反应受多种因素影响,包括氮杂环丙烷C2和C3碳上的取代基、用于活化氮杂环丙烷环的亲电试剂以及进攻的亲核试剂。由于氮杂环丙鎓离子极易与亲核试剂发生开环反应,因而无法被分离和表征,但通过使用非亲核性抗衡阴离子,已可通过光谱学方法观测到其生成及特性5,8,9,10。合适的亲核试剂对氮杂环丙鎓离子进行区域选择性和立体选择性开环反应,可生成具有重要价值的含氮非环状分子(Pi和Pii)5,6,7,8,9,10。
类似地,双环氮杂环丙烯离子(Ib)可能通过氮杂环丙烷环上的氮原子对离去基团进行分子内亲核进攻而生成(图1b)。随后,该中间体通过释放环张力与进入的亲核试剂发生环扩增反应。双环氮杂环丙烯离子的形成及其稳定性取决于多种因素,如取代基、环的大小以及溶剂体系9。氮杂环丙烷环扩增反应的区域选择性和立体选择性是其合成应用中的关键方面,其结果取决于起始底物中取代基的性质以及所用亲核试剂的特性。
在我们早期的研究中,成功制备了1-azoniabicyclo[3.1.0]hexane对甲苯磺酸盐Ib(n = 1),其后续的环扩增反应生成了吡咯烷和哌啶(Piii 和 Piv,n = 1,图1)8。作为我们对双环氮杂环丙烷𬭩离子化学持续研究的一部分,本文描述了1-azoniabicyclo[4.1.0]heptane对甲苯磺酸盐Ib(n = 2)的形成,作为代表性示例。该化合物由2-(4-对甲苯磺酰氧基丁基)氮杂环丙烷制得,其环扩增反应由亲核试剂引发,得到具有多种环上取代基的有价值哌啶和氮杂环庚烷(Pi 和 Pii,n = 2,图1)11。由对映体纯的氮杂环丙烷4-[(R)-1-(R)-1-苯乙基)氮杂环丙烷-2-基]丁烷-1-醇(1)进行的环扩增反应,实现了取代氮杂环化合物的不对称合成,这些化合物可用于构建具有哌啶和氮杂环庚烷骨架的生物活性分子。该合成方法已应用于多种化合物的制备,范围从简单的2-氰甲基哌啶5f、2-乙酰氧甲基哌啶5h和3-羟基氮杂环庚烷6j,到更复杂的分子,包括光学纯形式的天然产物如fagomine(9)、febrifugine类似物(12)和balanol(15)11。
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4-[(的反应R)-1-(R)-1-苯乙基)氮丙啶-2-基]丁烷-1-醇 (1)12 与 p-甲苯磺酸酐和三乙胺在CH中2Cl2 在室温下反应1.0小时,得到相应的2-(4-对甲苯磺酰氧基丁基)氮丙啶 2 产率为96%11. 1化合物的 H NMR(400 MHz)谱图 2 在 CD中3不同时间间隔的 CN 显示了 2-(4-对甲苯磺酰氧基丁基)氮丙啶的转化 2 至1-氮杂二环[4.1.0]庚烷对甲苯磺酸盐 4. 在所有向低场位移的峰中,2.34 ppm 处出现一个明显的四重峰(J = 6.5 Hz)的...
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哌啶和氮杂环庚烷是许多挽救生命的药物和抗生素中含量最丰富的两类含氮杂环结构,其中包括多种具有生物活性的天然产物16。为了获得具有不同取代基的对映体纯哌啶(5)和氮杂环庚烷(6),我们开发了一种高效的合成方法:首先由对映体纯的2-(4-羟丁基)氮杂环丙烷制备1-氮杂双环[4.1.0]庚烷对甲苯磺酸盐,随后在桥碳或桥头碳上发生区域特异性的亲核进攻。该氮杂双环中间体可通过将相应的2-(4-对甲苯磺酰氧基丁基)氮杂环丙烷溶解于乙腈中简便地制得。本方法的关键在于能否高效地制备出在目标位置具有适当取代基、且以纯异构体形式存在的起始氮杂环丙烷。利用该方法,我们成功合成了2-氰基哌啶(5f)、2-乙酰氧甲基哌啶(5h)和3-羟基氮杂环庚烷(6j)等代表性化合物,并均以光学纯形式获得。
所有报道化合物的分析数据均与文献值高度一致,这表明从氮杂双环(4)...
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作者声明不存在竞争性财务利益。
本工作由韩国国家研究基金会(NRF-2012M3A7B4049645)和韩国外大研究基金(2018)资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 薄层色谱法 (TLC) | Merck | 100390 | |
| 紫外光 | Sigma-Aldrich | Z169625-1EA | |
| Bruker AVANCE III HD (400 MHz) 核磁共振波谱仪 | Bruker | NA | |
| JASCO P-2000 | JASCO | P-2000 | 用于旋光测定 |
| 高分辨质谱 / MALDI-TOF/TOF 质谱分析 | AB SCIEX | 4800 Plus | 高分辨质谱 |
| (2R)-1-[(1R)-1-苯乙基]-2-氮杂环丙烷甲酸 (–)-薄荷醇酯,98% | Sigma-Aldrich | 57,054-0 | |
| (2S)-1-[(1R)-1-苯乙基]-2-氮杂环丙烷甲酸 (–)-薄荷醇酯 | Sigma-Aldrich | 57,051-6 | |
| 三乙胺 | DAEJUNG | 8556-4400-1L | CAS 号:121-44-8 |
| 二氯甲烷 | SAMCHUN | M0822-18L | CAS 号:75-09-2 |
| 对甲苯磺酸酐 | Sigma-Aldrich | 259764-25G | CAS 号:4124-41-8 |
| 正己烷 | SAMCHUN | H0114-18L | CAS 号:110-54-3 |
| 乙酸乙酯 | SAMCHUN | E0191-18L | CAS 号:141-78-6 |
| 硫酸钠 | SAMCHUN | S1011-1kg | CAS 号:7757-82-6 |
| 氘代乙腈 (acetonitrile-d3) | Cambridge Isotope Laboratories, Inc | 15G-744-25g | CAS 号:2206-26-0 |
| 乙腈 | SAMCHUN | A0127-18L | CAS 号:75-05-8 |
| 1,4-二氧六环 | SAMCHUN | D0654-1kg | CAS 号:123-91-1 |
| 氢氧化钠 | DUKSAN | A31226-1kg | CAS 号:1310-73-2 |
| 乙酸钠 | Alfa Aesar | 11554-250g | CAS 号:127-09-3 |
| 氢化铝锂 | TCI | L0203-100g | CAS 号:16853-85-3 |
| 四氢呋喃 | SAMCHUN | T0148-18L | CAS 号:109-99-9 |
| 叠氮化钠 | D.S.P | 703301-500g | CAS 号:26628-22-8 |
| 氟化铯 | aldrich | 18951-0250-25g | CAS 号:13400-13-0 |
| 四丁基溴化铵 | aldrich | 426288-25g | CAS 号:1643-19-2 |
| 碘化钠 | aldrich | 383112-100g | CAS 号:7681-82-5 |
| 氰化钠 | Acros Organics | 424301000-100g | CAS 号:143-33-9 |
| 硫氰酸钠 | aldrich | 467871-250g | CAS 号:540-72-7 |
| 甲醇钠 | aldrich | 156256-1L | CAS 号:124-41-4 |
| 苄胺 | Alfa Aesar | A10997-1000g | CAS 号:100-46-9 |
| 苯酚 | TCI | P1610-500g | CAS 号:108-95-2 |
| 苯甲酸钠 | Alfa Aesar | A15946-250g | CAS 号:532-32-1 |
| 氘代氯仿 (chloroform-d) | Cambridge Isotope Laboratories, Inc | DLM-7TB-100S/16H-239, 100g | CAS 号:865-49-6 |
| 六氘代二甲基亚砜 (dimethyl sulfoxide-d6) | Cambridge Isotope Laboratories, Inc | DLM-10-25, 25g | CAS 号:2206-27-1 |
| 甲醇 | SAMCHUN | M0585-18L | CAS 号:67-56-1 |
| 茚三酮 | Alfa Aesar | A10409-250g | CAS 号:485-47-2 |
| 磷钼酸水合物 | TCI | P1910-100g | CAS 号:51429-74-4 |
| 对甲氧基苯甲醛 | aldrich | A88107-5g | CAS 号:123-11-5 |
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