构型保持的Mitsunobu反应

关于Mitsunobu反应(光延反应),大家见到最多的就是下图这样的,手性底物在反应过程中会发生构型翻转。

这是由其反应机理决定的,在反应过程中,亲核试剂从活化中间体32中羟基的背面进攻,发生SN2反应,从而导致构型翻转。

那么,只要是Mitsunobu反应,就一定会发生构型翻转吗?

——一切皆有可能。

 

 

构型保持的Mitsunobu反应

 

在(+)-Zampanolide 的全合成过程中,有关键的一步酯化反应,并希望在酯化反应中手性羟基的构型发生翻转。毫无疑问,首先想到的就是Mitsunobu反应。

 

采用经典的Mitsunobu反应投料方式,即底物和其他试剂预先加入,最后加入DEAD。

 

但比较悲催的是,在室温下即使长时间搅拌(12小时),仍有明显的原料(+)-ABC剩余。无论是额外加入更多的DEAD和PPh3,还是颠倒试剂添加顺序,都不会对反应结果产生影响

 

将反应加热至40−50°C时,产生的几乎完全是烯烃副产物38!!该杂质的生成源于三苯基氧膦的消除。

继续坚持,终于迎来了转机!!!

 

当试剂4增加至15当量,PPh3增加至6.5当量,DEAD增加至7当量时,在室温下搅拌,不到3小时即反应完全!!

 

但是!经进一步分析,得到的不是构型翻转的目标产物,而是手性构型保持的产物(+)-39!!!!????

那么,有没有可能做核磁的哥们脑袋抽筋搞错了呢?为了进一步确认上述结果,将所得产品水解,重新得到原料,结果核磁数据(500 MHz 1H and 125 MHz 13C NMR)和原料(+)-ABC完全一致!

文章提出了2种推测来解释上述结果。

第一种机理:

 

也是作者认为最可能的情况,由于空间位阻因素,导致PPh3−DEAD复合物无法接近和活化C-19位置的羟基。于是,相对于原料(+)-ABC大大过量的二乙基膦酸(4)将会与DEAD-PPh3复合物反应,生成4-PPh3复合物(酰基三苯基氧膦),后者受到C-19羟基的进攻,从而生成构型保持的产物

第二种机理:

 

或者,原料(+)-ABC(即55)按照正常的Mitsunobu反应被三苯基膦活化。然而,由于C-19立体中心周围的位阻因素,可能会发生更容易的邻基参与反应,使C-19立体中心反转并生成高度亲电的中间体56,该中间体又经历开环以在C-19处提供构型保持的产物(+)-39。

 

然而,作者认为这种高区域选择性(即亲核试剂4只进攻环氧底物的C-19位置)使这一解释不太令人信服。

位阻对Mitsunobu反应构型结果的影响

 

底物1进行Mitsunobu反应,得到结果正常的产物,即构型翻转的4

但对于羟基位阻更大的底物5,则不能得到正常的Mitsunobu产物7,而是得到构型保持的产物8

原因解释:

 

如果是醇羟基进攻甜菜碱中间体10,即下图中上面的路径,则发生正常的Mitsunobu反应,得到构型翻转的产物。

 

如果发生亲核试剂(羧基)进攻中间体10的情况(比如醇羟基位阻较大,或者羧基的当量相对于醇羟基大大过量时),就会生成酰基三苯基氧膦14。

 

而14则会发生两种可能的反应:

 

对于位阻小的羟基,羟基进攻14中的磷原子,生成12,回归正常Mitsunobu反应,得到构型翻转的产物。

 

对于位阻大的羟基,羟基进攻14中的酰基,发生酰基转移,生成构型保持的产物。

总结

 

由此可见,酰基三苯基氧膦中间体是构型保持的关键。该中间体的产生与醇的位阻、亲核试剂的当量等因素有关。

 

综合起来说,就是亲核试剂的当量越多,醇的位阻越大,越容易发生构型保持。

 

参考文献:

J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 37, 11102–11113, 10.1021/ja020635t

J. Org. Chem. 2002, 67, 6, 1751–1753, 10.1021/jo001590m

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