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两研幺j i f博士学位论文承恩 中文摘要 “多官能团化季碳r f l 心”结构单元，广泛存在于各种具有生物活性的天然产物 及其它重要的功能性有机分子中，其立体选择性合成是有机化学中的重要研究内 容。s e m i p i n a c o l 重排反应由于在构建该结构单元方面的高度立体控制，正逐渐 成为有机化学家广泛适用的方法。本小组在多功能串联s e m i p i n a c o l 重排反应的 研究上取得了显著的成果，本论文延续了这一研究方向，完成了一些多官能团化 季碳中心立体选择性的构建，并取得了一系列突破性的进展，其主要包括以下两 个部分内容： 一、硅胶促进的烯丙醇环氮化s e m i p i n a c o l 晕排串联反应。该反廊从简单易 得的烯丙醇出发首次实现了非金属促进此类【1 ，2 】一迁移重排过程，以非常高的非 对映选择性、较好的收率一步构建含有季碳的m a n n i c h 碱。突破了前期工作中 环氮化收率很低的瓶颈，同时为环氮醇s e m i p i n a c o l 重排串联反应研究开辟了新 的内容。 二、有机催化对映选择性s e m i p i n a c o l 重排反应。该反应成功地把近十年来 飞速发展的有机催化的概念和s e m i p i n a c o l 重排反应有效地结合起来，实现了有 机催化不对称s e m i p i n a c o l 重排反应，以高达9 7 的e c 值实现了多官能团化螺环 季碳的手性构建。该研究为螺环季碳的构建提供了一条新的途径，也为 s e m i p i n a c o l 重排反应拓展出一个新的具有重要合成应用价值的研究领域。 关键词： s e m i p i n a c o l 重排有机催化串联反应不对称催化对映选择性螺环季 碳非对映选择性环氮醇m a n n i c h 碱 每蔺研矢掌博士学位论文 张恩 a b s t r a c t t h em u l t i f u n c t i o n a lu n i tw i t hq u a t e r n a r yc a r b o ne x t e n s i v e l ye x i s t si nb i o l o g i c a l l y s i g n i f i c a n tn a t u r a lp r o d u c t sa n do t h e ri m p o r t a n to r g a n i cm o l e c u l e s ，a n di ti so fm a j o r i m p o r t a n c e t os t e r e o s e l e c t i v e l yc o n s t r u c tt h i su n i ti no r g a n i cc h e m i s t r y t h e s e m i p i n a c o lr e a r r a n g e m e n ti sb e c o m i n gaw i d e l ya p p l i e dr e a c t i o ni no r g a n i cs y n t h e s i s a l l o w i n gt h es t e r e o s e l e c t i v ec o n s t r u c t i o no ft h e s eu n i t s s o m es i g n i f i c a n tp r o g r e s s e s h a v eb e e nm a d eb yo u rg r o u po nt h i sf i e l d t h i st h e s i sf i n i s h e ds o m eb r e a k t h r o u g h si n t h eh i g he f f i c i e n ta n de n a n t i o s e l e c t i v ec o n s t r u c t i o no fm u l t i f u n c t i o n a lu n i tw i t h q u a t e r n a r yc a r b o na n dc o r r e s p o n d i n g l yas e r i e so fp r o g r e s s i v er e s u l t sw e r ea c h i e v e d i nt h i sr e s e a r c hf i e l d t h ef o l l o w i n gt w op a r t sa r em a i n l yi n c l u d e d ： 1 t a n d e ma z i r i d i n a t i o n r e a r r a n g e m e n tr e a c t i o no fa l l y l i ca l c o h o l si n d u c e db ys i l i c a g e l o nt h eb a s i so f t h i sm e t h o d o l o g y ，a ne f f i c i e n ta n dh i g h l ys t e r e o s e l e c t i v ea p p r o a c h t ov a r i o u s2 - q u a t e r n a r ym a n n i c hb a s e sh a v eb e e np u ti np l a c ef r o ms i m p l ea l l y li c a l c o h o l si nh i g hy i e l d ，o v e r c o m i n gt h el i m i to fl o wy i e l do fa z i r i d i n a t i o no nt h e p r e v i o u sm e t h o d t h i sk i n do f 【l ，2 卜r e a r r a n g e m e n tp r o c e s sw a sf i r s t l yr e a l i z e db y s i l i c ag e l ，a n de x p a n d e dt h er e s e a r c hf i e l do ft h et a n d e ms e m i p i n a c o lr e a r r a n g e m e n t o fa z i r i d i n oa l c o h o l s 2 e n a n t i o s e l e c t i v es e m i p i n a c o lr e a r r a n g e m e n tc a t a l y z e db yo r g a n o c a t a l y s t t h e s e m i p i n a c o lr e a g a n g e m e n ta n df a s td e v e l o p i n gc o n c e p to fo r g a n o c a t a l y s ti nl a s t d e c a d ew e r ec o m b i n e d s u c c e s s i v e l y ,a c h i e v i n ga s y m m e t r i cs e m i p i n a c o l r e a r r a n g e m e n tc a t a l y z e db yo r g a n o c a t a l y s t m u l t i f u n c t i o n a ls p i r o - q u a t e r n a r yc e n t e r s w e r es y n t h e s i z e di nu pt o9 7 e eb yt h i sn e wm e t h o d an e wa n da t t r a c t i v er e s e a r c h f i e l dw i t hag o o dp r o s p e c to fd e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o nw a se x p l o i t e do n s e m i p i n a c o lr e a r r a n g e m e n t k e yw o r d s ： s e m i p i n a c o lr e a r r a n g e m e n t s ，o r g a n o c a t a l y s i s ，t a n d e mr e a c t i o n s ，a s y m m e t r i cc a t a l y s i s ， 2 每蘧研虫害博士学位论丈张恩 e n a n t i o s e l e c t i v i t y , s p i r o q u a t e r n a r yc e n t e r s ，d i a s t e r e o s e l e c t i v i t y ，a z i r i d i n oa l c o h o l s ， m a n n i c hb a s e s 3 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发 表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明 引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科 研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 熬基 日 期：2 坚2 ：f 兰：! 臣一 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权 归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的 规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和 电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复 制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或 与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州 大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：举一缒l 导师签名： 日期：塑盟侈， 警饕研幺掌 博士学位论文张恩 1 1 引言 第一章s e m i p i n a c o l 重排反应研究背景 p i n a c o l 晕排足指l ，2 二羟基化合物在酸的促进下，失去一分子水，发生一 个由烷基( 芳基、炔基、或负氢) 的l ，2 迁移而生成羰基化合物的反应( s c h e m e 1 1 ) 。【l 】 r 1r 3 r ：+ + r 4 o h o h 1 1 s c h e m e1 1 r 3 雕t 。扩+ -or 1 1 2 s e m i p i n a c o l 重排最初的定义是指在重排过程中发生了区域选择性翻转( 对 于一个三级、二级二醇，迁移基团从三级碳向二级碳重排) 的一类特殊的p i n a c o l 重排( s c h e m e1 - 2 ) ，但现在泛指那些与p i n a c o l 重排相关或类似的重排反应。 2 1 、r i 、o i h r z 融 o h 1 3 s c h e m e1 2 2 杂原子取代的醇1 5 的衍生物在不同条件下的1 ，2 重排反应是目前研究得 最多的一类s e m i p i n a c o l 重排。正常的重排反应是丢失一个杂原子，伴随着相邻 碳上烷基( 芳基、炔基、或负氢) 的迁移，得到相应的酮1 - 6 ( p a t ha ，s c h e m e1 3 ) 。 在质子性介质中，也可能会进行其它的反应途径( p a t hb ，s c h e m e1 - 3 ) ：首先是 羟基的质子化，失去一分子水发生l ，2 迁移晕排得到稳定的正离子中间体1 7 ， 然后水解得到产物1 8 。环氧化合物1 - 9 和烯烃1 1 0 也是较常见的两种副产物。 。0 r ：譬：j 1 8 竹幺掌博士学位论文张恩 r 3 1 7 | h 2 0 & r s o 1 8 p a t hb s c h e m e1 3 p a t ha o r 1 弋警 1 与 r ? r 3 只 r 2 r 4 1 1 0 自上世纪9 0 年代以来，我们小组在2 ，3 环氧醇化合物的s e m i p i n a c o l 重排 串联反趔3 8 1 和不对称s e m i p i n a c o l 重排研究【3 b 1 方面作了系统的研究工作，并成功 地把该反应应用到天然产物的全合成中【3 c 】。不对称催化s e m i p i n a c o l 重排反应正 成为一个新的研究热点，越来越多的有机化学家们开始涉足这一领域。在开始催 化不对称s e m i p i n a c o l 重排反应研究前，我们首先对s e m i p i n a c o l 重排反应作一分 类介绍，并对相关的不对称反应做一分析。 1 2 s e m i p i n a c o i 重排分类介绍 1 2 1 2 - 氨基醇化合物的s e m i p i n a c o l 重排 h 2 h n 0 2 一 li 1 1 1 1 1 - 1 2 s c h e m e1 4 融酽 刚蔷 剐酽 r 4 绺佃 1 l l j 鼙前研幺掌博士学位论文张恩 2 一氨基醇在亚硝酸作用下的s e m i p i n a c o l 重排通常叫做t i f f e n e a u - d e m j a n o v 重排。首先，一级氨1 1 1 被亚硝酸氧化为重氮盐，然后发生重排得到羰基化合 物1 1 2 ( s c h e m e1 4 ) 。吲环状酮1 1 3 可以通过三步反应( 氢氰化氰基还原重 排反应) 得到扩环产物1 1 5 ( s c h e m e1 - 5 ) 。 s l 厂o w n 1 1 3 1 ，h c n 2 ，l i a i h 4 o rp 0 2 h 2 嘴h ：坚 1 1 4 s c h e m e1 - 5 1 1 5 w o o d w a r d 在合成p r o s t a g l a n d i nf 2 时，利用手性的2 - 氨基醇1 - 1 6 在亚硝酸 作用下重排得到构型保持的缩环产物1 1 7 ( s c h e m e1 - 6 ) 。 6 1 t o - - o m e i l ， 1 1 6 h n 0 2 8 0 s c h e m e1 - 6 一o - 9 扣e 1 2 2 烷基重氮化合物对酮加成引发的s e m i p i n a c o l 重排 o i i r 3 c h n 2 r 1 儿r 2 墨 1 - 1 8 a p r o t i cs o l v e n t s s c h e m e1 - 7 融 r r 醇 丫醪纠 o 几 o r 幢 肆带 辎、翟竹文掌博士学位论文 张恩 在环状酮的扩环反应中，烷基重氮化合物对酮加成促进的重排反应可以作为 对t i f f e n e a u - d e m j a n o v 重排的有效补充。其中，环氧化合物l - 2 0 是常见的副产 物( s c h e m e1 7 ) 。 7 1 当用两边取代不相同的酮做反应时，通常得到少取代碳迁移产物。环酮1 2 2 在反应条件下得到非取代碳迁移的单一产物1 2 3 ( s c h e m e1 - 8 ) 。 s l 1 2 2 o n 2 c h c 0 2 e t b f 3 。o e t 2 9 6 1 2 3 2 - 羟基硫醚化合物的s e m i p i n a c o l 重排 1 2 3 0 2 e t 2 羟基硫醚化合物在不同的条件下得到不同类型的s e m i p i n a c o l 重排产物： 在质子酸的条件下，化合物l - 2 4 首先羟基质子化( p a t hb ，s c h e m el - 3 ) ，接着 失去一分子水发生重排反应，原料中连硫的碳最终成为产物1 2 5 中的羰基碳 ( s c h e m e1 9 ) 【9 】：在软亲电试剂的作用下，化合物1 2 6 失去硫醚发生重排反应， 原料中连羟基的碳成为产物1 2 7 中的羰基碳( s c h e m e1 1 0 ) 。1 1 0 】 1 2 4 1 2 6 a q h b f 4 6 4 o t i o e to 。_ _ _ _ _ - _ 。 c h c l 3 6 0 s c h e m e1 1 0 7 1 2 5 1 2 7 着埘幺j r博士学位论文张恩 i 2 4 2 羟基硒化合物的s e m i p i n a c o l 重排 1 2 8 a g b f 4 o 6 9 s c h e m e1 1 l 1 2 9 2 羟基硒化合物的s e m i p i n a c o l 重排与2 - 羟基硫醚化合物的s e m i p i n a c o l 重排 非常相似，并且硒化合物相对于相应的硫化合物没有优势，所以研究相对较少。 2 羟基硒化合物1 - 2 8 在a g b f 4 的作用下得到重排产物1 2 9 ( s c h e m e1 1 1 ) 。 1 1 】 1 2 5 2 - 羟基卤代化合物的s e m i p i n a c o l 重排 c - 岽 c i 。瓯o l i 爿 l j 1 3 1 s c h e m e1 1 2 6 4 1 3 2 2 羟基卤代化合物1 3 0 ，在强碱的作用下得到_ 锂化合物1 3 1 ，然后发生 重排反应得到扩环产物1 3 2 ( s c h e m e1 1 2 ) 。f 1 2 】 1 2 6 2 一卤代酮缩酮化合物的s e m i p i n a c o l 重排 2 卤代酮缩酮化合物的s e m i p i n a c o l 重排是制备相应酸和酯的有效方法。 卧c i 一 h 0 2 c i 2 5 一p 的n ，、 稔似 卧飞 雨研矢j i f博士学位论文 张恩 2 卤代酮1 3 3 在o h 。的作用下得到半缩酮中间体1 3 4 ，然后发生脱卤重排得 到产物酸1 3 5 ( s c h e m e1 1 3 ) 。1 1 3 1 1 - 3 6 a g b f 4 7 7 s c h e m e1 1 4 ，吖c 0 2 m e p h 火 1 3 7 2 卤代缩酮1 3 6 在a g b f 4 的作用下脱卤重排得到酯基化合物1 - 3 7 ( s c h e m e 1 1 4 ) 。【1 4 】 1 2 72 氨基酮和2 羟基亚胺化合物的s e m i p i n a c o l 重排 oo h o p h 茎：一p h 俞日旦e t 害 n h m e n m en h m e 1 3 8 1 3 91 - 4 0 2 氨基酮1 3 8 在热力学条件下发生1 ，2 一重排得到2 - 羟基亚胺l - 3 9 ，然后发 生第二次1 , 2 重排得到最终产物1 4 0 ( s c h e m e1 1 5 ) 。【1 5 】 h 宫 n 妒h rr 1 _ 4 1 c h 2 c 1 2 7 8o c 0o c s c h e m e1 1 6 o r r o h 1 4 2 2 0 0 3 年，m a r u o k a 报道了，0 【一二取代0 【胺基醛1 4 l 在手性l e w i sa c i d 催化 3 r 剑 h 丫：队1 旷k 训 _ 旷 ， 警，两研土掌博士学位论文 张恩 下经过亚胺离子中问体1 4 1 1 ，在酸性条件下水解后以6 6 9 4 的收率、7 8 0 , - 9 7 的e e 值得到0 【羟基酮1 4 2 ( s c h e m e1 1 6 ) 。 1 6 1 用底物l 一4 3 反应，在原料完伞消失后通过d l b a h ( d i i s o b u t y l a l u m i n i u m h y d r i d e ) 还原可以得到l ，2 一胺基醇产物l - 4 4 ，这间接地证明了该反应中业胺离子 中间体的存在( s c h e m e1 1 7 ) 。 l j 县h b n b n 1 _ 4 3 ) t n m e n t f t o l u e n e 刁8o c _ 4 0o c 1 2 8 2 - 羟基醛酮化合物的s e m i p i n a c o l 重排 d i b a h ( 3 e q ) 7 8o c h n b n e n o h 1 4 4 2 羟基酮化合物的s e m i p i n a c o l 重排和2 - 羟基亚胺化合物的重排类似，该反 应应用比较有限。化合物1 4 5 在l e w i sa c i d 的条件下重排得到两种迁移产物1 4 6 和1 4 7 ，其中多取代碳原子迁移产物1 4 6 为主要产物，少取代碳原子迁移产物 1 4 7 为次要产物；在碱性条件下重排，只得到多取代碳原子迁移产物1 4 6 ( s c h e m e1 1 8 ) 。【1 7 】 1 4 5 b f 3 1 0 0 k o h 8 3 8 0 1 蝎 1 0 0 1 惦 s c h e m e1 1 8 - l o 2 0 1 _ 4 7 麓两竹幺掌 博士学位论文张恩 2 0 0 7 年，m a r u o k a 报道了a ，c t - - 取代仅硅醚醛l - 4 8 在手性l e w i sa c i d 催化 下反应以8 1 - 9 9 的收率、7 4 9 0 的e e 值得到重排的硅醚保护的a 羟基羰基 化合物1 4 9 ( s c h e m e1 1 9 ) 。【1 8 】 r 2 3 s i o , , r 1 r 1 、c h o 1 _ 4 8 0m 0 1 t o l u e n e 2 0o c 1 2h o r ，r 1 0 s i r 2 3 1 4 9 值得注意的是，如果用消旋底物1 5 0 做反应则可以通过手性拆分以较好的 e e 值得到产物1 5 1 ，同时回收原料的e e 值也较好。如果底物完全反应则产物的 e e 值很低( s c h e m e1 - 2 0 ) 。 r 2 3 s i o r 2 r 1 、c h o 1 5 0 0 t o o l t o l u e n e 2 0o c 1 2 9 2 , 3 环氧醇化合物的s e m i p i n a c o l 重排 o r 2 r 1 6 s i r 2 3 1 - 5 1 2 ，3 - 环氧醇化合物的s e m i p i n a c o l 重排是所有s e m i p i n a c o l 重排反应中研究最 多的一个分支，根据环氧醇的结构，可能发生两种类型的重排反应。如果碳2 警4 蔫研幺j l f博士学位论文 张恩 位( 1 5 2 1 ) 是季碳，则环氧开环迁移基团r 2 发生l ，2 迁移，得到产物1 5 3 1 t y p e 1 ，s c h e m e1 2 1 ) ；如果碳3 。位是季碳，则迁移基团碳1 ( 1 5 2 2 ) 发生l ，2 重排， 得到产物1 5 3 2 ( t y p e2 ，s c h e m e1 - 2 1 ) 。这方面工作的研究进展在胡向东博士的 论文中有详细的论述，在这里介绍一些最新的研究进展和n e m o t o 小组在合成手 性环丁酮方面的工作。 基营 ， 1 5 2 1 r 4 = a l l o i a r y l r 2r 5 = a l k y l r 1 , ，r a = h jty p e2 、 s c h e m e1 - 2 l 时搴狲 h 1 5 3 - 2 1 2 9 1 2 ，3 环氧醇化合物的s e m i p i n a c o l 重排串联反应新的进展 从上世纪末，我们小组开始研究s e m i p i n a c o l 重排反应，我们的研究蕈点是 s e m i p i n a c o l 重排引发的串联反应。我们分别实现了2 ，3 环氧醇化合物的 s e m i p i n a c o l 重排m e e r w e i n p o n n d o r f - v e r l e y 还原串联反应，三乙基铝促进2 3 环 氧醇化合物的s e m i p i n a c o l 重排还原串联反应，二碘化钐促进的2 ，3 环氧醇化合 物的s e m i p i n a c o l 重排t i s h c h e n k o 还原串联反应，2 ，3 环氧醇化合物的s e m i p i n a c o l 重排氧化串联反应，烯- 内基硼酸( 炔丙基硼酸) 促进2 ，3 环氧醇化合物的 s e m i p i n a c o l 重排烷基化串联反应。 酽l g 舻磁j 巨短酽飚一 弩i 蔺研矢j l f 博士学位论文张恩 2 0 0 6 年，我们小组报道了l e w i sa c i d 促进的s e m i p i n a c o l 重排分子内的 s c h m i d t 串联反应。带有叠氮侧链的2 ，3 环氧醇硅醚化合物1 5 4 在l e w i sa c i d t i c l 4 的作用下发生重排反应得到中间体1 5 4 1 ，然后在相同条件下发牛s c h m i d t 反应得到最终产物1 5 5 ( s c h e m e1 - 2 2 ) 。【3 羽这一方法为合成氮杂季碳生物碱提供 了一种有效的策略。 1 5 4 l e w i sa c i d n 3 s e 丽m o p i n a c o 。 i 1 - 5 4 1 l e w i sa c i d n 3 s c h m i d t 1 5 5 在上述研究的基础上，2 0 0 8 年，我们小组以该反应为关键步骤，前体化合 物1 5 6 在t i c l 4 促进下以6 8 的收率得到并环产物1 5 7 ，并最终以1 3 步、3 7 的总收率完成了天然产物s t e m o n a m i n e 的全合成( s c h e m e1 - 2 3 ) 。【3 b 】 1 5 6 t i c l 4 ，c h 2 c 1 2 n 3 j 斫而- ，d 【ou o 6 8 y i e l d o 1 5 7 1 2 9 2 通过串联反应合成手性环丁酮的研究 m e s t e m o n a m i n e r l 。h 等p r x r - 一o h 一禽h r u o h eo x d a o n r r j ：，v o h s c h e m e1 2 4 n e m o t o 和f u k u m o t o 发现用l - 5 8 类型的底物在s h a r p l e s s 不对称环氧化的 蟹越竹幺掌博士学位论文张恩 条件下经过环氧中问体1 5 8 1 ，在反应体系中可以直接得到环丙烷扩环产物手性 环丁酮1 5 9 ( s c h e m e1 - 2 4 ) 。 1 9 】 该研究小组利用这一反应策略，完成了一系列天然产物的不对称合成 ( f i g u r e1 - 1 ) 。 ( r ) 一( + ) 一d o d e c a n - f - d l i d e f 冬m e ( r ) - 2 ，3 d i h y d r o 2 一i s o p r o p y l - 2 ，5 一d i m e t h y l f u r a n m e o 占眺 ( - ) - m e s e m b d n e 沪m e 电 o ( - ) _ f r o n t a i i n ( + ) a c u p a r e n o n e ( + ) - i p o m e a m a r o n e ( - ) - - a - b i s a b o l o l 固i 牙n s, m e 腺 ( + ) - l a u r e n e ( 一) - d e b r o m o a p l y s i n f i g u r e1 1 随后，该研究小组对这一策略进行了扩展。从非烯丙醇底物1 6 0 出发，利 用s h a r p l e s s 双羟化反应对来制备手性二醇1 6 l ，然后把二醇转化为硫酸二酯 1 6 2 ，在同一锅反应中就可以直接得到重排产物1 6 3 ( s c h e m e1 2 5 ) 。虽然这里 底物类型不必局限在烯丙醇，但是反应通常只能以中等的e e 值得到重排产物。 丽s h a r p 面l e s s r 珞一r 珞s 。：一禽。 -i l、c 、 一v d h y d r 0 啪i i o n r 多啭r 犬孑跚2 r 令r 2 鬻蔺_ 幺掌 博士学位论文张恩 作者利用该反应实现了天然产物( ) f i l i f o r m i n 的首次不对称伞合成。其中， 中问体1 6 5 用上述方法以9 6 的收率、5 5 的e e 值从前体化合物1 6 4 得到 ( s c h e m e1 - 2 6 ) 。1 2 0 l 1 - e 洱 m e o 1 6 5 s c h e m e1 2 6 b 翁 岬二。n 如果在s h i 或者j a c o b s e n 环氧化的条件下，化合物1 “经过环氧中间体 1 6 6 1 也随即发生开环重排反应得到产物1 6 7 ( s c h e m e1 - 2 7 ) 。 m e o 1 击8 s h i 。so r j a c o b s e n s e p o x i d a t i o n h 1 6 9 c h i r a l ( s a l e n ) m n l m e o 1 - 6 8 1 s c h e m e1 2 8 ( + ) e q u i l e n i n 5 5 y i e l d 7 8 e e 作者利用这一反应完成了天然产物( + ) e q u i l e n i n 的全合成。从环丙基烯化合 物1 6 8 出发，在j a c o b s e n 环氧化的条件下，以5 5 的收率、7 8 的e e 值直接得 禽懈 一 o h p 酶一 r k ! ! r 争? 蘧埘虫寥博士学位论丈张恩 到扩环重排产物l - 6 9 ，然后经过转化最终得到天然产物( + ) e q u i l e n i n ( s c h e m e 1 - 2 8 ) 。1 2 1 1 1 2 9 3 由炔基活化来诱导2 , 3 一环氧醇化合物的s e m i p i n a c o l 重排 2 0 0 8 年，l i a n g 报道了环氧炔基化合物1 7 0 存金催化下的环化重排反应。 首先，金与炔键配位形成中间体i 7 0 i ，然后环氧进攻炔键引发重排反应得到产 物1 7 1 ( s c h e m e1 - 2 9 ) 。【2 2 】 r 1 0 2 0 0 8 年，l i a n g 报道了相同的底物1 7 0 在i c i 的作用下也能够发生类似的重 排反应，得到多一个官能团的碘代化合物1 7 2 ( s c h e m e1 - 3 0 ) 。1 2 3 h r 1 1 - 7 0 r 2 i c l w e t m e c n r 1 1 7 0 3 1 2 10 2 , 3 环氮醇化合物的s e m i p i n a c o l 重排 卜 o 1 7 2 4 2 - 8 2 y i e l d 2 0 0 2 年，在环氧醇重排研究的基础上，我们小组创造性地把环氮醇引入到 s e m i p i n a c o l 重排反应中，成功地发展了l e w i sa c i d 促进的环氮醇的s e m i p i n a c o l 重排反应。如s c h e m e1 - 3 1 所示，2 ，3 - 环氮醇化合物1 7 3 在l e w i sa c i dz n b r 2 的 作用下发生重排反应生成p 氨基酮1 - 7 4o 2 4 环氮醇的s e m i p i n a c o l 重排中有一个 警：蔺竹虫掌博士学位论文张恩 非常有意思的现象，即迁移的基团不仅与取代基的迁移能力有关而且与羟基的相 对立体构型密切相关。这在以前的2 ，3 环氧醇化合物的s e m i p i n a c o l 重排中非常 少见。 1 7 3 z n b r 2 n = 0 。1r 1 ，r 2 = h ，a l k y l a n a 1 7 4 一对非对映异构体1 7 5 和1 7 7 在l e w i sa c i dz n b r 2 的作用下得到两个不同 的产物：1 7 5 得到了甲基迁移产物1 7 6 ，1 7 7 得到了乙基迁移产物1 7 8 ( s c h e m e 1 - 3 2 ) 。在这个试验中，可以看出在迁移能力差不多的情况下，迁移基团由羟基 碳的相对构型决定。 1 7 5 h z n b r 2 9 0 1 7 7 p hm e 1 7 9 z n b r 2 8 9 s c h e m e1 3 2 z n b r 2 8 5 o 1 7 6 1 7 8 o s 1 8 0 瓮j 1 9 竹幺掌博士学位论文张恩 这种迁移现象在环氮醇1 7 9 发生的重排中雨一次得到体现( s c h e m e1 3 3 ) ， 在该反应中，迁移能力明显弱于苯基的甲基优先发生迁移，生成氨基酮产物1 8 0 。 1 - 7 31 7 3 1 审h l l a t s 1 - 7 3 21 7 4 根据这些实验结果，我们提出了如下的反应机理：在反应中l e w i sa c i d ( l a ) 首先和氮原了及羟基氧原子配位，接着同时发生c - n 键的断裂及迁移基团r 1 的 1 ，2 迁移，继而脱去l a 形成1 3 氨基酮产物。在这一过程中，路易斯酸与氮、氧 配位形成的五元环结构阻碍了c 1 c 2 键的自由旋转，因此，只有和环氮的c n 键处于反式位置的r 1 才能够发生迁移( s c h e m e1 - 3 4 ) 。这个反应机理很好地解释 了该重排反应中奇特的迁移现象。 2 0 0 3 年，我们小组利用l e w i sa c i d 促进环氮醇的s e m i p i n a c o l 重排反应为关 键步骤成功地分别以1 5 和1 1 的总产率完成t ( + ) - c r i n a n e 和( + ) - m e s e m b r i n e 的全合成( s c h e m e1 3 5 ) 。 2 5 l t b s o 1 z n b r 2 ( o 1e q u i v ) c h 2 c 1 2 ，r t 1 8 0 9 6 1 8 2 a i - 1 c h o ll n h t s 1 8 1 尹懈一c i ：i ich2c12 r t 9 8b s o ：三 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - l j l n hl s o m e 墨。甸- 、 1 8 3 ( + ) - m e s e m b r i n e s c h e m e1 3 5 譬翟研幺j l f博士学位论文 张恩 1 2 11 亲电试剂引发烯丙醇的s e m i p i n a c o l 重排 亲电试剂对烯丙醇双键加成j 托生碳正离子，然后诱发s e m i p i n a c o l 重排由于 其反应试剂、产物的多样性，正逐渐成为一个研究热点。 1 2 1 i i 由p r i n s 环化引发烯丙醇的s e m i p i n a c o l 重排 1 9 8 4 年，t r o s t 报道了分子间由p r i n s 环化引发烯丙醇的s e m i p i n a c o l 重排。 烯丙醇硅醚1 8 4 在t m s o t f 的催化下与缩醛1 8 5 反应得到扩环j 托物1 8 6 和 1 8 6 ( s c h e m e1 - 3 6 ) 。1 2 6 1 甜+ m e 戈 1 _ 8 5 1 0 t m s o t f 1 8 61 _ 8 6 分子内反应也可以实现，但是和分子间的反应类似分子内的反应立体选择性 也不好，1 8 7 在反应条件下以6 7 ：3 3 的比例得到一对非对映异构体1 8 8 和1 8 8 7 ( s c h e m e1 3 7 ) 。 1 - 8 7 百1 0 t m s o t f f 矽+ 弱 y ， 9 9 ：1d r 2 0 0 6 年，我f f j d , 组用相应的底物1 1 0 3 ，在c h 2 c 1 2 中与n b s 反应以9 5 的 瓮，蘑竹幺j i f博士学位论文张恩 收率得到重排产物肛溴代醛l 一1 0 4 ，然后经过化学转化完成了治疗老年痴呆症药 物( 士) g a l a n t h a m i n e 的全合成( s c h e m e1 4 4 ) 。【3 3 】 1 - 1 0 3 n b s - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - c h 2 c 1 2 ，0o c 9 5 1 1 0 4 s c h e m e1 4 4 n - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - o h ( ) - g a l a n t h a m i n e 2 0 0 5 年，我们小组利用手性氟正试剂实现了p 氟代醛的不对称合成。在反 应体系中，从一对消旋的底物1 1 0 5 出发，以3 3 5 0 的收率、5 4 7 6 的e e 值得到了手性产物1 1 0 6 ( s c h e m e1 - 4 5 ) 。【3 b 】 yoh刚一quinineselectfluor c o m b i n a t i o n 鬻r 2 r 1 _ 。 s c h e m e1 - 4 5 1 2 1 1 3 由质子对双键的加成引发烯丙醇的s e m i p i n a c o l 重排 o h 1 1 0 7 t s o h c h c l 3 1 1 0 7 11 - 1 0 8 s c h e m e1 4 6 弩蔺竹幺掌博士学位论文张恩 2 0 0 1 年，p a q u e t t e 报道了氧杂烯丙醇底物l 一1 0 7 在c h c l 3 中在p t s ( p t o l u e n e s u l f o n i ca c i d ) 的作用下经过氧鳐中间体1 - 1 0 7 1 ，得到扩环重排产物1 1 0 8 ( s c h e m e1 - 4 6 ) 。1 3 4 2 0 0 4 年，d a k e 报道了氮杂烯内醇底物1 1 0 9 在c h 2 c 1 2 中与c s a ( ( s ) - ( + ) - 1 0 - c a m p h o r s u l f o n i ca c i d ) 在4 5o c 时反应经由碳正离了中间体1 1 0 9 1 ， 得到扩环重排产物1 1 1 0 ( s c h e m e1 - 4 7 ) 。 3 1 l 1 1 0 9 1 2e q u i v c s a c h 2 c 1 2 h 1 1 0 9 - 11 - 11 0 1 2 11 4 二价钯催化烯丙醇的s e m i p i n a c o l 重排 p d ( o a c ) 2 , 9 0 1 1 1 2 2 0 0 0 年，n e m o t o 报道了烯丙醇l 1 1 l 与p d ( o a c ) 2 反应得到扩环产物1 - 1 1 2 ( s c h e m e1 4 8 ) 。【3 5 】 如果有分子内捕获官能团则可以发生进一步的转化。在不对称合成天然产物 ( + ) - e q u i l e n i n 时，底物1 1 1 3 在p d ( o a c ) 2 作用下重排得到巾间体1 1 1 3 2 ，然后 p d 对双键发生加成环化，最后还原消除金属得到串联反应产物1 1 1 4 ( s c h e m e 1 - 4 9 ) 。 2 q 每j 皙研幺掌 博士学位论文张恩 1 2 11 5 烯丙基正离子引发的s e m i p i n a c o l 重排反应 1 2 1 1 5 1 由烯丙基碳酸酯产生烯丙基正离子的催化不对称重排反应 2 0 0 1 年，t r o s t 报道了在( d b a ) 3 p d 2c h c l 3 和手性配体l 一1 1 7 ( f i g u r e1 - 2 ) 的 催化下烯丙基碳酸酯1 1 1 5 的不对称重排反应，以6 7 9 9