3-甲基-2-吲哚烯与醌亚胺单酮的催化不对称去芳构化反应

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摘要：我们以醌亚胺单酮亲电试剂，在手性磷酸的催化下，首次实现了3-甲基-2-吲哚烯的不对称去芳构化反应，化学及立体专一性的得到了一系列手性四取代吲哚衍生物（产量达到81%，＞99% ee）。成功实现这个反应为我们进一步探索催化不对称芳基去芳构化反应和吲哚烯的去芳构化反应提供了研究基础。69225

毕业论文关键字：不对称催化；去芳构化；对映选择性；有机催化；吲哚烯

Catalytic Enantioselective Arylative Dearomatization of 3-Methyl-2-vinylindoles Enabled by Reactivity Switch

Abstract: The first catalytic asymmetric dearomatization of 3-methyl-2-vinylindoles has been established by using quinone monoimides as suitable electrophiles in the presence of chiral phosphoric acid, which afforded chiral indole derivatives bearing a quaternary stereogenic center in a chemospecific and highly enantioselective fashion (up to 81% yield, >99% ee). The success of this reaction was enabled by the reactivity switch of 3-methyl-2-vinylindoles, which has not been reported before. This reaction also represents the first catalytic asymmetric arylative dearomatization of vinylindoles, which will help confront the challenges in catalytic asymmetric arylative dearomatization and dearomatization of vinylindoles.

Keywords: asymmetric catalysis; dearomatization; enantioselectivity; organic catalysis; vinylindole

一前言

手性吲哚衍生物代表了一类重要的杂环化合物，它广泛存在于天然生物碱和生物活性分子中。[1]因此，手性吲哚衍生物的催化不对称合成引起了许多有机和药物化学家的广泛关注。[2]在各种吲哚衍生物的合成方法中，催化不对称去芳构化反应表现出巨大的潜力，因为它可以将平面的非手性吲哚骨架转化成3-取代手性吲哚衍生物。[3]因此，吲哚衍生物的催化不对称去芳构化反应得到了快速的发展，其中包括串联去芳构化反应、氧化去芳构化反应、烷基去芳构化反应等。[4]尤其是金属催化[5]或有机小分子催化[7]的吲哚衍生物的芳基去芳构化反应[5]最近已经成为合成手性吲哚衍生物的一个重要手段。尽管已经有了上述这些出色的工作，但是吲哚衍生物的催化不对称去芳构化反应仍然有待于进一步的发展。吲哚烯参与了许多构建手性吲哚衍生物的催化不对称环加成反应（图1反应1）。[8-9]但是这类底物很少被应用于催化不对称去芳构化反应[8a.9a-b]（反应2）。吲哚烯在参与不对称环加成反应时吲哚的芳香性仍然保持，而吲哚烯的催化不对称去芳构化反应会破坏吲哚的芳香性，因此反应实现的难度更大。

图1 吲哚烯参与的不对称反应

最近，我们设计了一类新的吲哚烯[10]：3-甲基-2-吲哚烯，并将其应用于手性磷酸催化的不对称转化中，实验表明3位有甲基时，吲哚3位的亲核性降低，从而使乙烯基C-2位置变得更加亲核，然后乙烯基发生环加成反应（图2，例3）。然而，这个新底物的去芳构化反应没有人实现过，更不用说不对称去芳构化反应。因此，我们认为如果C-3和C-2’的反应活性可以互换，C-3的亲核性比C-2’更强，这类吲哚烯的去芳构化反应可以通过C-3位进攻亲电试剂来实现（图2）。可是如何使两个位点的活性互换是一个艰巨的任务，这需要进行巧妙的合成设计，同时也需要选择合适的亲电试剂。文献综述

图2 3-甲基-2-吲哚烯不对称去芳构化反应的设计

我们设计了手性磷酸[11]催化的3-甲基-2-吲哚烯的催化不对称去芳构化反应，该反应是以高活性的醌亚胺单酮（QMIs）为亲电试剂及芳基前体（图3）。醌亚胺单酮是一个高活性的亲电试剂，容易接受进攻，进而异构化成苯酚，同时，醌亚胺单酮的亚胺可以与手性磷酸形成氢键从而被手性磷酸活化。然而，在这个设计的不对称去芳构化反应中，仍然存在一个化学选择性问题。正如图3所示，除了所需的去芳构化反应，有一些其他的反应如去芳构化[3+2]或[4+3]环加成反应和乙烯基的[3+2]环加成反应等。因此建立一个3-甲基-2-吲哚烯和醌亚胺单酮的化学及立体选择性的催化不对称去芳构化反应具有很大的难度及挑战性。