關於Mitsunobu反應(光延反應),大家見到最多的就是下圖這樣的,手性底物在反應過程中會發生構型翻轉。
這是由其反應機理決定的,在反應過程中,親核試劑從活化中間體32中羥基的背麵進攻,發生SN2反應,從而導致構型翻轉。
那麽,隻要是Mitsunobu反應,就一定會發生構型翻轉嗎?
——一切皆有可能。
構型保持的Mitsunobu反應
在(+)-Zampanolide 的全合成過程中,有關鍵的一步酯化反應,並希望在酯化反應中手性羥基的構型發生翻轉。毫無疑問,首先想到的就是Mitsunobu反應。
采用經典的Mitsunobu反應投料方式,即底物和其他試劑預先加入,最後加入DEAD。
但比較悲催的是,在室溫下即使長時間攪拌(12小時),仍有明顯的原料(+)-ABC剩餘。無論是額外加入更多的DEAD和PPh3,還是顛倒試劑添加順序,都不會對反應結果產生影響。
將反應加熱至40−50°C時,產生的幾乎完全是烯烴副產物38!!該雜質的生成源於三苯基氧膦的消除。
繼續堅持,終於迎來了轉機!!!
當試劑4增加至15當量,PPh3增加至6.5當量,DEAD增加至7當量時,在室溫下攪拌,不到3小時即反應完全!!
但是!經進一步分析,得到的不是構型翻轉的目標產物,而是手性構型保持的產物(+)-39!!!!????
那麽,有沒有可能做核磁的哥們腦袋抽筋搞錯了呢?為了進一步確認上述結果,將所得產品水解,重新得到原料,結果核磁數據(500 MHz 1H and 125 MHz 13C NMR)和原料(+)-ABC完全一致!
文章提出了2種推測來解釋上述結果。
第一種機理:
也是作者認為最可能的情況,由於空間位阻因素,導致PPh3−DEAD複合物無法接近和活化C-19位置的羥基。於是,相對於原料(+)-ABC大大過量的二乙基膦酸(4)將會與DEAD-PPh3複合物反應,生成4-PPh3複合物(酰基三苯基氧膦),後者受到C-19羥基的進攻,從而生成構型保持的產物。
第二種機理:
或者,原料(+)-ABC(即55)按照正常的Mitsunobu反應被三苯基膦活化。然而,由於C-19立體中心周圍的位阻因素,可能會發生更容易的鄰基參與反應,使C-19立體中心反轉並生成高度親電的中間體56,該中間體又經曆開環以在C-19處提供構型保持的產物(+)-39。
然而,作者認為這種高區域選擇性(即親核試劑4隻進攻環氧底物的C-19位置)使這一解釋不太令人信服。
位阻對Mitsunobu反應構型結果的影響
底物1進行Mitsunobu反應,得到結果正常的產物,即構型翻轉的4。
但對於羥基位阻更大的底物5,則不能得到正常的Mitsunobu產物7,而是得到構型保持的產物8。
原因解釋:
如果是醇羥基進攻甜菜堿中間體10,即下圖中上麵的路徑,則發生正常的Mitsunobu反應,得到構型翻轉的產物。
但如果發生親核試劑(羧基)進攻中間體10的情況(比如醇羥基位阻較大,或者羧基的當量相對於醇羥基大大過量時),就會生成酰基三苯基氧膦14。
而14則會發生兩種可能的反應:
對於位阻小的羥基,羥基進攻14中的磷原子,生成12,回歸正常Mitsunobu反應,得到構型翻轉的產物。
對於位阻大的羥基,羥基進攻14中的酰基,發生酰基轉移,生成構型保持的產物。
總結
由此可見,酰基三苯基氧膦中間體是構型保持的關鍵。該中間體的產生與醇的位阻、親核試劑的當量等因素有關。
綜合起來說,就是親核試劑的當量越多,醇的位阻越大,越容易發生構型保持。
參考文獻:
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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