双亲电联烯与双亲核体的[4 + 2]环加成反应

▲第一作者：唐晓冬；通讯作者：卢一新

通讯单位：新加坡国立大学

论文DOI：10.1021/acscatal.0c05225

本文介绍了一类新的双亲电型联烯物种，其展现的高反应活性能够与较弱的双亲核试剂反应，开拓了有机膦催化下双亲电联烯与双亲核试剂的[4 + 2]不对称环加成反应，并将环加成产物应用于天然产物全合成中。

▲图1 膦催化下联烯的反应模式

通过近十年的高速发展，有机膦催化已经成为合成手性环状化合物的有力工具，根据联烯在膦催化下生成的活性中间体可以分为以上四种反应模式，其中（a）,（b）,（c）三种反应模式中需要活化的亲电双烯体作为反应底物，而反应模式（d）是一种反电子需求的环加成反应，其生成的双亲电中间体需与双亲核底物反应。由于前三种反应模式所需的底物十分局限，使得合成大环体系或者在实际应用中变得十分具有挑战性。我们注意到双亲电体联烯的反应模式（d）是非常具有潜力的环加成方法，理论上，双亲核试剂的亲核位点可以分布在两个不同的碳原子上，如此就可以发生[4 + n]模式的环加成反应，为合成大环有机化合物提供了新的可能。但可惜的是目前仅有的双亲电联烯体由于活性低导致反应模式局限于[4 + 1]环加成反应，且须有两个强的吸电子基团来活化亲核碳原子。基于此我们推想若将双亲电联烯体的官能团换为吸电子能力更强的酮羰基时，会使得双亲电中间体活性更高，这样较弱的双亲核试剂也可以发生环加成反应。

▲图2 C1双亲核体活性比较

▲图3 C2双亲核体活性比价

在成功合成出新型联烯后，我们使用C1双亲核试剂进行了活性比较。结果显示，联烯的活性得到了显著的提高。当双亲核试剂的亲核反应中心分布在两个不同的碳原子上时（C2 synthon），这种活性的差别更加明显。

▲图4 底物拓展

六氢吡喃吲哚（hexahydropyrroloindole）生物碱是一类生物活性多样化的天然产物，其合成难点为两个吲哚3位的季碳手性中心，已报道过的全合成方法均为分步合成两个手性中心。基于以上的活性对比实验结果，结合我们课题组开发的双官能团膦催化剂，我们实现了联烯与双吲哚的不对称[4 + 2]环加成反应，一步即可构建此类生物碱的两个季碳手性中心，并且环加成产物可以通过简单的官能团转化以19.3%的产率得到天然产物（+）-Folicanthine。

▲图5 天然产物全合成路线

总结与展望

有机膦催化下合成手性五元及六元环环状化合物已经非常成熟，然而膦催化还面临着很多局限性和挑战，例如其有限的反应模式使得合成中环或者大环化合物较困难，目前手性例子仅有两例七元环和一例八元环，而且将膦催化应用于天然产物骨架构建当中的例子也鲜有。我们开发的高活性双亲电型联烯可以与较弱的亲核体发生环加成反应，这为合成大环化合物提供了新的思路和反应模式。希望今后能通过[4 + n]的反应模式合成更多的大环化合物及应用于天然产物的全合成中。

课题组介绍

卢一新，新加坡国立大学化学系教授，理学院副院长，卢一新课题组主要从事的研究领域有：膦催化和氨催化的不对称反应、天然产物全合成、药物化学、生物质转化以及小分子与金属光敏剂的联合光催化反应。特别是在膦催化领域取得了突出的研究成果，一直引领着膦催化领域的发展，建组以来发表SCI论文150余篇，文章引用次数高达一万两千次。