DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-45218-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38302464
تاريخ النشر: 2024-02-01
المؤلف: Xiaokang Lv وآخرون
الموضوع الرئيسي: الكربينات غير الحلقية في الكيمياء العضوية وغير العضوية
طرق
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون مسبقًا محفزًا كيراليًا من الكاربين N-heterocyclic (NHC) (G) في تفاعل يتضمن ركيزة الألدهيد (1) لتخليق منتجات كيرالية مسطحة (2). تم إجراء التفاعل في قنينة شلنكية سعتها 100.0 مل، حيث شمل نظام المحفز G (5.2 ملغ، 20 مول%)، DQ (30.6 ملغ، 150 مول%)، DABCO (1.12 ملغ، 20 مول%)، وHBD-3 (5.17 ملغ، 15 مول%) في مذيب مختلط من التولوين/n-heptane (11:9 v/v، 1 مليمول). تم تحريك الخليط عند 100 درجة مئوية لمدة 12 ساعة، تلاها تركيز تحت ضغط منخفض وتنقية عبر كروماتوغرافيا العمود.
أشارت النتائج إلى وجود عوائد ونسب إنانزيميرية (e.r.) متغيرة للمنتجات المُصنّعة. ومن الجدير بالذكر أن المنتج 2p تم الحصول عليه بعائد قدره 58% ونسبة إنانزيميرية قدرها 96:4، بينما أظهرت المنتجات الأخرى مثل 2t و2u عوائد قدرها 74% و60% مع قيم e.r. قدرها 86:14 و94:6، على التوالي. تشير البيانات إلى أن ظروف التفاعل ونظام المحفز سهلت بشكل فعال تشكيل المركبات الكيرالية المرغوبة.
نتائج
في هذه الدراسة، طور المؤلفون بنجاح طريقة محفز كاربين لتخليق ماكرولاكتونات كيرالية انتقائية، مع التركيز بشكل خاص على ركيزة النموذج 1a. شمل تخليق ركيزة 1a سلسلة من التفاعلات، بما في ذلك الفورميليشن والبرومينيشن لـ 1-نافثول، تلاها تفاعل ميتسونوبي. أسفر التدوير الماكرو الأول باستخدام كاربين N-heterocyclic غير الكيرالي (NHC) A عن المنتج 2a بعائد متواضع قدره 35%. كشفت الفحوصات اللاحقة لمجموعة متنوعة من NHCs الكيرالية أن N-2،4،6-trichlorophenyl المستبدل بـ NHC E قدم تحسينًا كبيرًا في الانتقائية الإنزيميرية (75:25 er)، بينما أدت التعديلات الإضافية إلى تحقيق عائد مثالي قدره 80% و96:4 er باستخدام مانح روابط هيدروجينية مشتق من السينكونا (HBD-3) كمحفز مساعد.
تم استكشاف نطاق الطريقة بشكل موسع، مما أظهر توافقها مع مجموعة متنوعة من البدائل على الجزء العطري من ركيزة الألدهيد، مما أدى إلى إنتاج منتجات ذات انتقائيات إنزيميرية عالية (حتى 97:3 er). كما درس المؤلفون تأثير طول سلسلة الأنسا على تشكيل ماكرولاكتونات كيرالية مسطحة، حيث تم تخليق منتجات بأحجام حلقات مختلفة وروابط وظيفية. ومن الجدير بالذكر أن الاستقرار التكويني للماكرولاكتونات المُصنّعة تم تأكيده من خلال تجارب التحول الحراري. تم تسليط الضوء على تعددية النهج من خلال تفاعلات الاقتران الناجحة، مما سمح بتنويع الدورات الكيرالية. بشكل عام، تقدم هذه الأبحاث تقدمًا كبيرًا في التخليق العضوي غير الإنزيمي للأطر الكيرالية المسطحة، مع تطبيقات محتملة في تصميم المحفزات الكيرالية واكتشاف المبيدات الزراعية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-45218-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38302464
Publication Date: 2024-02-01
Author(s): Xiaokang Lv et al.
Primary Topic: N-Heterocyclic Carbenes in Organic and Inorganic Chemistry
Methods
In this study, the authors employed a chiral N-heterocyclic carbene (NHC) pre-catalyst (G) in a reaction involving an aldehyde substrate (1) to synthesize planar chiral products (2). The reaction was conducted in a 100.0 mL Schlenk flask, where the catalyst system included G (5.2 mg, 20 mol%), DQ (30.6 mg, 150 mol%), DABCO (1.12 mg, 20 mol%), and HBD-3 (5.17 mg, 15 mol%) in a mixed solvent of toluene/n-heptane (11:9 v/v, 1 mM). The mixture was stirred at 100 °C for 12 hours, followed by concentration under reduced pressure and purification via column chromatography.
The results indicated varying yields and enantiomeric ratios (e.r.) for the synthesized products. Notably, product 2p was obtained with a yield of 58% and an enantiomeric ratio of 96:4, while other products such as 2t and 2u showed yields of 74% and 60% with e.r. values of 86:14 and 94:6, respectively. The data suggest that the reaction conditions and catalyst system effectively facilitated the formation of the desired chiral compounds.
Results
In this study, the authors successfully developed a carbene-catalyzed method for the enantioselective synthesis of planar chiral macrolactones, specifically focusing on the model substrate 1a. The synthesis of substrate 1a involved a series of reactions, including formylation and bromination of 1-naphthol, followed by a Mitsunobu reaction. The initial macrocyclization using achiral N-heterocyclic carbene (NHC) A yielded product 2a with a modest 35% yield. Subsequent screening of various chiral NHCs revealed that N-2,4,6-trichlorophenyl substituted NHC E provided a significant improvement in enantioselectivity (75:25 er), while further modifications led to an optimal yield of 80% and 96:4 er using a cinchona-derived hydrogen bond donor (HBD-3) as a co-catalyst.
The scope of the method was extensively explored, demonstrating compatibility with a variety of substituents on the aromatic moiety of the aldehyde substrate, yielding products with high enantioselectivities (up to 97:3 er). The authors also investigated the influence of ansa chain length on the formation of planar chiral macrolactones, successfully synthesizing products with varying ring sizes and functionalized linkers. Notably, the configurational stability of the synthesized macrolactones was confirmed through thermal racemization experiments. The versatility of the approach was further highlighted by successful coupling reactions, allowing for the diversification of the chiral macrocycles. Overall, this research presents a significant advancement in the non-enzymatic organocatalytic synthesis of planar chiral frameworks, with potential applications in chiral catalyst design and agrochemical discovery.