上海有机所在Pictet

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Pictet–Spengler反应是合成蕴藏四氢-β-咔啉形态片段的吲哚类生物碱的重要法律法子,从最初发现至今已有200多年的历史。很久长期以来关于Pictet–Spengler反应的机理老要居于争论。理解Pictet–Spengler反应机理的一另一5个关键问题图片是反应是否经历螺环假吲哚(spiroindolenine)上方体的形成和扩环迁移过程(图1,Path b)。早在19200年代Woodward合成马钱子碱的过程中就肯能利用了螺环假吲哚的合成反应。此后,陆续有文献报道了在类Pictet–Spengler反应条件下需用捕获到螺环假吲哚物种。很久那先 工作前会 足以说明螺环假吲哚上方体的形成和转化是否与Pictet–Spengler反应产物的生成直接相关。很久以往的DFT理论计算本来支持螺环假吲哚上方体参与的反应机理(J. Am. Chem. Soc. 2008, 1200, 710)。

自2010年起,中国科学院上海有机化学研究所研究员游书力团队报道了一系列利用金属铱络合物催化的不对称烯丙基去芳构化反应合成手性螺环假吲哚类化合物的法律法子,很久在催化量的酸居于下实现了手性螺环假吲哚化合物的立体选着性扩环迁移反应(J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11418. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 16200. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8169. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 14146. Chem. Sci. 2016, 7, 4453. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 20093)。DFT计算表明螺环假吲哚化合物的迁移反应的活性和立体化学与迁移基团的电子性质密切相关(J. Org. Chem. 2013, 78, 4357)。

基于上述结果,研究人员意识到Pictet–Spengler反应前体I中亚铵正离子每段的电子性质肯能对反应历程和立体化学有重要影响。深入的DFT计算表明当I中氮原子上蕴藏强吸电子基团时(PG = Tf),螺环假吲哚上方体III需用居于有效的扩环迁移反应。亚铵正离子和吲哚环之间较强的相互作用使得迁移反应经历了典型的火山口型势能面(Caldera shape PES),迁移反应很肯能具有显著的动态学效应(Dynamics effects)。轨线分析(Trajectory analysis)证实螺环假吲哚上方体III需用通过快速的迁移反应(平均时间尺度为数百飞秒)生成质子化四氢-β-咔啉II。该迁移反应过程中亚铵正离子每段的立体化学完整保持。当I中氮原子上蕴藏强给电子基团时(PG = Bn),螺环假吲哚上方体III的形成是一另一5个可逆过程,与Pictet–Spengler反应最终产物的形成如此 直接关系(图2)。在此基础上,研究人员提出Pictet–Spengler反应肯能经历的四种 极限机理(图3)。螺环假吲哚上方体需用作为“产出性上方体(Productive intermediate)”肯能“非产出性上方体(non-Productive intermediate)”参与Pictet–Spengler反应。螺环假吲哚上方体的立体化学信息肯能通过立体专一性的扩环迁移过程传递至最终产物中。该理论预测也已被进一步实验结果所证实。研究人员还将此机理模型推广至一系列已知的催化不对称Pictet–Spengler反应中,通过另一5个易算的能量参数需用方便地对某一给定的Pictet–Spengler反应的历程做出快速判断。关于Pictet–Spengler反应的统一机理认识不不利于进一步挖掘螺环假吲哚上方体的反应性能,以及发展针对吲哚多环化合物的新型合成法律法子。

四种 成果近期发表在Chem上(Chem 2018,4, 1952-1966)。该研究工作得到科技部、国家自然科学基金委、中科院战略性先导科技专项(B类)和上海市科委的资助。

图1 Pictet–Spengler反应

图2 Pictet–Spengler反应的四种 典型势能面

图3 Pictet–Spengler反应的四种 极限机理