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Weinreb酮合成

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Weinreb酮合成
命名根據 史蒂芬·M·溫勒伯英語Steven M. Weinreb
史蒂芬·納姆
反應類型 偶聯反應
標識
有機化學網站對應網頁 weinreb-ketone-synthesis

Weinreb酮合成(英語:Weinreb ketone synthesis,溫勒伯酮合成法)或稱Weinreb-Nahm酮合成,是有機化學中一種構建碳-碳鍵的有機反應。它由Weinreb酰胺N-甲氧基-N-甲基酰胺,WAs)出發,經有機金屬親核試劑處理製備[1]。最初是由史蒂芬·M·溫勒伯英語Steven M. Weinreb和史蒂芬·納姆於1981年發現的酮合成方法,最初的報道由兩個親核酰基取代反應組成:由酰氯N,O-二甲羥胺鹽酸鹽反應得到Weinreb酰胺,再使用有機金屬試劑處理得即可。

Weinreb酮合成的特點在於,金屬親核試劑使用格氏試劑有機鋰試劑磷葉立德[2]時,可以成酮[1];使用過量的金屬氫化物例如LAHDIBAL,可以成醛[3];並且過量的金屬試劑也不會使羰基被過度的還原羥基

Weinreb–Nahm酮合成原理
Weinreb–Nahm酮合成原理

以Weinreb-Nahm酰胺為原料的酮合成法被有機化學家們廣泛使用,經常能發現含有此結構的天然產物,並能靈活地構建新的碳-碳鍵或是轉化為其他官能團。此反應被用於許多合成中,例如大環內酯免疫抑制劑Macrosphelide A和B[4]、海洋天然產物大環內酯類Amphidinolide J[5]聚酮抗生素Spirofungins A和B[6](見下文)。

機理

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Weinreb和Nahm提出了以下反應機理來解釋Weinreb-Nahm酰胺所表現出的特性,他們認為反應是通過一個假想的四面體中間體進行的(A),該四面體由於甲氧基的螯合作用而穩定,以解釋羰基沒有被進一步加成的原因[1],四面體僅能在低溫下存在,並在加入酸性水溶液後轉變為,過量的金屬試劑也被淬滅[7]

Chelation mechanism
Chelation mechanism

此種螯合作用的機理雖然在當時就得到了學界的認可,但直至2006年才經光譜和動力學分析研究證實[8]

特點

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以Weinreb法合成醛酮有以下優點[7]

  1. 相對於醛、酮製備中,常用的活潑的羧酸衍生物(如:酰氯),溫勒伯酰胺穩定易貯藏;
  2. 反應的條件較溫和,操作簡便,所用試劑如有機鋰試劑格氏試劑、金屬氫化物等是實驗室常用試劑;
  3. 反應進程可控,加入過量的金屬試劑會形成螯合物,反應生成穩定的四面體過渡態阻止羰基的後續加成;
  4. 能廣泛應用於羧酸及其衍生物的官能團轉化,合成脂肪酮,α、β-不飽和烯酮,芳香酮,炔酮等,並且可在固相合成中實現。
親核試劑的過量加成
親核試劑的過量加成

在使用強鹼性或空間位阻大的親核試劑時,可能發生Weinreb酰胺中N-O鍵斷裂的現象,導致發生脫甲氧基放出甲醛的副反應[9]。此外,脫甲氧基反應在WAs參與的過渡金屬催化加氫反應中也見報道[10]。非金屬的電中性超電子給體利用單電子轉移過程,也可通過自由基機理發生N-O鍵的斷裂[11]

可能的副反應
可能的副反應

製備

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除上文所述的方法,Weinreb酰胺還可通過多種羧酸衍生物製備,如羧酸酰氯 [12][13][14][15],所用試劑主要為有機鋁試劑,如三甲基鋁以及更加方便的二異丁基氫化鋁[16] 。格氏試劑與N,O-二甲羥胺鹽酸鹽(MeO(Me)NH•HCl)再與酯或內酯反應,也可以得到Weinreb酰胺[17]

由酯和內酯製備Weinreb酰胺的例子
由酯和內酯製備Weinreb酰胺的例子

許多肽偶聯試劑也用於從羧酸起始製備Weinreb酰胺,有多種碳二亞胺1-羥基苯並三唑三苯基膦為基底的偶聯劑被專用於此合成目的[17][16]

由羧酸製備Weinreb酰胺的例子
由羧酸製備Weinreb酰胺的例子

史蒂芬·L·布赫瓦爾德英語Stephen L. Buchwald報告了一種方便、直接的將芳基鹵化物轉化為芳基Weinreb酰胺的胺基羰基化反應(aminocarbonylation)[18]

胺基羰基化反應製備Weinreb酰胺
胺基羰基化反應製備Weinreb酰胺

範圍

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標準的Weinreb酮合成允許分子中含有各種官能團,包括α-鹵素、N-保護的氨基酸、α,β-不飽和鍵、矽醚、各種內酯內酰胺結構、磺酸酯亞磺酸酯膦酸酯 [17][16]。親核試劑最常用的是有機鋰試劑格氏試劑,主要是脂肪族乙烯基芳香基炔基親核體。

Weinreb-Nahm酰胺在複雜天然產物分子的合成中有重要應用,是許多碎片分子的重要偶聯劑。下圖中為大環內酯類分子Amphidinolide J、Macrosphelide A和B和聚酮類分子Spirofungins A和B在合成過程中涉及Weinreb酰胺的關鍵步[4][5][6]

使用 Weinreb–Nahm酰胺的合成
使用 Weinreb–Nahm酰胺的合成

反應變體

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當受底物中其他官能團的限制而無法使用金屬氫化物或格氏試劑時,可以通過Wittig反應得到α,β-不飽和WAs,隨後經酸性水溶液處理得到醛或酮[19]。在實際應用中,有報道使用含葉立德Weinreb酰胺與單糖進行Wittig反應構建C-C鍵,再將修飾後的Weinreb酰胺與芳基格氏試劑反應,得到了具抗癌活性的二苯酮衍生物Phenstatin類似物[20]

Weinreb–Nahm酰胺與Wittig試劑的反應
Weinreb–Nahm酰胺與Wittig試劑的反應

Conrad等人開發了一種一鍋法由芳鹵合成α-氨基芳基酮的方法,該方法可以保留原始酰胺的手性 [21]

一鍋法芳酮合成
一鍋法芳酮合成

對多元Weinreb酰胺分子,能夠作為合成CO2二酮合成子 [22][23]

Weinreb酰胺的二酮合成法
Weinreb酰胺的二酮合成法

斯蒂芬·G·戴維斯英語Stephen G. Davies設計了一種手性助劑,它是Weinreb酰胺的等價物,結合了Weinreb酰胺和Myers的偽麻黃鹼手性助劑[錨點失效]的功能性,可以進行高非對映選擇性烯醇烷基化反應,隨後能裂解為相應的對映體醛或酮[24]

Davies' Auxiliary with Weinreb–Nahm-like functionality
Davies' Auxiliary with Weinreb–Nahm-like functionality

參見

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參考資料

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Nahm, S.; Weinreb, S. M., N-methoxy-n-methylamides as effective acylating agents, Tetrahedron Letters, 1981, 22 (39): 3815–3818, doi:10.1016/s0040-4039(01)91316-4 
  2. ^ John A. Murphy, Aurélien G. J. Commeureuc, Thomas N. Snaddon, Thomas M. McGuire, Tanweer A. Khan, Kevin Hisler, Mark L. Dewis, and Robert Carling. Direct Conversion of N-Methoxy-N-methylamides (Weinreb Amides) to Ketones via a Nonclassical Wittig Reaction. Org. Lett. 2005, 7 (7): 1427–1429. doi:10.1021/ol050337b. 
  3. ^ Goel, O. P.; Krolls, U.; Stier, M.; Kesten, S. "N-tert-Butoxycarbonyl-L-leucinal頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)". Organic Syntheses, Coll. Vol. 8, p.68 (1993); Vol. 67, p.69 (1989).
  4. ^ 4.0 4.1 Paek, S.-M.; Seo, S.-Y.; Kim, S.-H.; Jung, J.-W.; Lee, Y.-S.; Jung, J.-K.; Suh, Y.-G., Concise Syntheses of (+)-Macrosphelides A and B, Organic Letters, 2005, 7 (15): 3159–3162, PMID 16018610, doi:10.1021/ol0508429 
  5. ^ 5.0 5.1 Barbazanges, M.; Meyer, C.; Cossy, J., Total Synthesis of Amphidinolide J, Organic Letters, 2008, 10 (20): 4489–4492, PMID 18811171, doi:10.1021/ol801708x 
  6. ^ 6.0 6.1 Shimizu, T.; Satoh, T.; Murakoshi, K.; Sodeoka, M., Asymmetric Total Synthesis of (−)-Spirofungin A and (+)-Spirofungin B, Organic Letters, 2005, 7 (25): 5573–5576, PMID 16320994, doi:10.1021/ol052039k 
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  21. ^ Conrad, K.; Hsiao, Y.; Miller, R., A practical one-pot process for α-amino aryl ketone synthesis, Tetrahedron Letters, 2005, 46 (49): 8587–8589, doi:10.1016/j.tetlet.2005.09.183 
  22. ^ Whipple, W. L.; Reich, H. J., Use of N,N'-dimethoxy-N,N'-dimethylurea as a carbonyl dication equivalent in organometallic addition reactions. Synthesis of unsymmetrical ketones, J. Org. Chem., 1991, 56 (8): 2911–2912, doi:10.1021/jo00008a057 
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