In de synthetische organische chemie, Z-olefinen zijn een uitdagend synthetisch doelwit om in het laboratorium te produceren vanwege hun relatieve thermodynamische instabiliteit. De Z-olefinen vormen een onverzadigde verbinding met een C _N H _2n formule die gemakkelijk kan worden geïsomeriseerd. Analoge reacties die worden gebruikt om optisch actieve Z-olefineproducten te synthetiseren, zijn zeldzaam. In een nieuw rapport dat nu is gepubliceerd op Wetenschap , Ru Jiang en een onderzoeksteam aan de University of Chinese Academy of Sciences in Shanghai, China, gedetailleerd een door iridium gekatalyseerde asymmetrische allylische substitutiereactie om Z-olefinegeometrieën te behouden terwijl een aangrenzend quaternair stereocentrum wordt gecreëerd. Het team observeerde de vorming van tijdelijke anti-π-allyl-iridium-tussenproducten en hun opname door externe nucleofielen (elektronendonor) vóór isomerisatie om thermodynamisch stabielere syn-π-allyl-iridium-tegenhangers te vormen. De resultaten bieden een veelbelovende methode om chirale Z-olefineverbindingen in het laboratorium te bereiden.

Olefinen

Het geometrische isomeer van het Z-type van olefinen wordt algemeen gezien als basisstructuren in de natuur. Hoe dan ook, Z-olefinen zijn relatief minder stabiel in vergelijking met hun E-type tegenhangers, en daarom, het is moeilijk om ze selectief te synthetiseren in de organische chemie. Gebruikelijke methoden om toegang te krijgen tot Z-olefinen omvatten de fotogeïnduceerde isomerisatie van E-olefinen, Witting olefinering, Z-selectieve kruismetathese, Z-retentieve kruiskoppeling en de asymmetrische toevoeging van Z-allylboor-nucleofielen aan ketonen en imines. De Z-olefinen met een homoallylisch stereocentrum zijn vaak ingebed in diverse natuurlijke producten en bioactieve moleculen om aanzienlijke belangstelling voor synthetische organische chemie te genereren. Onderzoekers hebben het vermogen aangetoond om asymmetrische allylische substitutiereacties uit te voeren die worden gekatalyseerd door overgangsmetalen, waaronder molybdeen (Mo), palladium (Pd), iridium (Ir) en rhodium (Rh). Sinds het eerste rapport in 1997, Ir-gekatalyseerde asymmetrische allylische substitutiereacties hebben veel aandacht gekregen vanwege hun uitzonderlijk hoge regio- en enantioselectieve aard. In dit werk, Jiang et al. gerapporteerde reacties van Z-lineaire allylische substraten met tryptamines en tryptophol. Tijdens de uitgebreide analyse van reactiemechanismen, ze merkten de vorming van belangrijke anti-π-allyl-iridiumcomplexen op, voorafgaand aan isomerisatie om de thermodynamisch stabiele syn-π-allyl-iridium-tegenhangers te vormen.

De onderzoekers onderzochten eerst de asymmetrische allylische dearomatiseringsreactie met nucleofielen zoals N-methyltryptophol met Z-cinnamylderivaten. Door Z-cinnamylacetaat te gebruiken, ze bereikten de gewenste reactie met een katalysator afgeleid van iridium cyclooctadieen (COD) chloordimeer in aanwezigheid van andere synthetische verbindingen. De wetenschappers verkregen het doelproduct met een matige opbrengst en enantioselectiviteit met een geometrische verhouding van het Z-type tot E-type van 2:1. Vervolgens optimaliseerden ze de bestanddelen om de kwaliteit en opbrengst van de synthetische producten te verbeteren. Op basis van de voorgestelde Z-retentieve asymmetrische allylische substitutiereactie, Jiang et al. verkregen diverse functionele groepscompatibiliteit die een breed substraatbereik tolereerde. Het team synthetiseerde met succes meer dan 50 voorbeelden van (homo)tryptopholen, tryptamines en indoolsubstraten met een hangende op koolstof gebaseerde nucleofiel met behulp van Z-cinnamyl-derivaten. Bijna alle reacties leverden een opbrengst op van Z-type tot E-type verhoudingen van meer dan 20:1. Voorbeelden zijn de overeenkomstige Z-cinnamylated furoindolines (afgekort Z-3aA tot Z-3pA), tetrahydropyranindoline (afgekort Z-3qA), pyrroloindolines (afgekort Z-3a'A tot Z-3o'A) en hexahydrocyclopentaindolen (afgekort Z-3a′′A tot Z-3c′′A) met goede opbrengsten tot 94 procent. Over het algemeen, de substitutie van gevarieerde elektronische en sterische eigenschappen op beschikbare posities van de indolring had geen nadelige invloed op de efficiëntie of enantioselectiviteit van de reactie. De onderzoekers stelden de structuren en absolute configuratie van de producten vast met behulp van röntgenkristallografische analyse. Vervolgens onderzochten ze ook de prestaties van de D- en L-tryptofaanderivaten.

Stroomafwaartse transformaties

De onderzoekers bestudeerden vervolgens hoe een aantal producten van de Z-retentieve asymmetrische allylische substitutiereactie gemakkelijk konden worden onderzocht in diverse stroomafwaartse transformaties. Bijvoorbeeld, het Z-vinyljodide van chirale furoindolines (afgekort Z-3aS) was reactief ten opzichte van arylboorzuren en organozinkreagentia. This provided an alternative route to produce representative products with Ir-catalyzed, Z-retentive asymmetric allylic substitution reactions with high yields of up to 82 to 93%. The scientists evaluated the proposed Z-retentive asymmetric allylic substitution reactions by a series of analyses. They obtained the Z-cinnamylated furoindolines (Z-3aA) product with optimal results in the presence of iridium atoms in the catalyst in a molar ratio of 1:1. They then characterized the key intermediates in the catalytic cycle and elucidated their structures using nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy alongside X-ray crystallographic analysis. The team also monitored the reactions using electrospray ionization mass spectrometry and mechanistic studies. These results showed the isomerization of the complex from an anti- to the syn-π-allyl-iridium complex. Collectively, the analyses showed how the proposed Z-retentive asymmetric allylic substitution reaction successfully originated from the rapid and enantioselective capture of the transient anti-π-allyl-iridium complex by external nucleophiles, before converting it to more thermodynamically stable species.

Exploring the synthetic spectrum

The scientists also explored the extension of this iridium-catalyzed Z-retentive asymmetric allylic substitution reaction to other nucleophiles. Aside from the iridium catalysts containing Carreira-type chiral ligands that function under acidic conditions, they explored Ir catalysts derived from a Feringa-type chiral phosphoramidite ligand applied under basic conditions for this reaction mode. Als resultaat, Jiang et al. used diverse nucleophiles beyond tryptophols and tryptamines. Op dit moment, they formed the prochiral nucleophiles from a copper (Cu) source. The independently prepared chiral cyclometallated Ir complex promoted the development of the transient anti-π-allyl-iridium complexes as well as their regio- and enantio-selective captures. The broad scope of the reaction presented more than 30 synthetic samples in good yields with excellent enantioselectivity. The scientists investigated the structure and absolute configuration of the products using X-ray crystallographic analyses. When the team used Z-cinnamyl acetate, they obtained a mixture of the desired Z-cinnamylated product and its branched isomer. The results highlighted the possibility of using the proposed protocol to accommodate diverse prochiral nucleophiles in asymmetric allylic substitution reactions. The researchers expect the work to evolve into a broadly practical method to synthesize chiral Z-olefins in the lab.

© 2021 Science X Network