有机化学 YOUJI HUAXUE, 1fl80,9,97~1 07 综速与黄晨
亚胺参与的 Diels—Alder反应及其在生物碱全合成中的应用
荣 国 斌 (!鼻乐 I一 善院f艺学最.一 诲)
摘要:证通过Diels-Alder匣啦地点各种台氮矗曩环的反出l_rI,亚照是一个最有用的京双烯试剂 设法 匝用简便、
显示出较好的位置选择一 】t瞎选 晕忸. 封其在生物诫类 占威 III的应用也作了综述。
叙调: 亚睦,Diels-Alder夏『、 . 占战, 物础
The Diels—Alder Reaction Utilising Imine as Dienophile and Its A
plication in Total Synthesis of a Variety of Alkaloids
RON G Guo——Bin
(Depar le眦0f Chamisf,Y,Ea“Chi~a ul11 er ity o,Chemicat丁 雨 。娜 ,Shar~gh
Abstract Imine is the most useful dienophile reagent for.∞ nstructing a large member of
six mem bered ring compotm ds containing nitrogen atom by m~al2s of Diels—A ider cyclo—
addition reaction.The methodology is basically simple to erhploy and shows good regioseleeti-
vity and stereoselectivity Its application in the total synthesis Of a lot of alkaloids is sum—
m erized. .
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Descriptor: imine,Diels—Alder reaction,synthesis alkaloid
Diels—Alder反应(以下简写为 D·A反应 )是柏目【化学中最有月拍0台成反应之一。它 不但 为合
成六 乩环状化台物提U 丁一条直接简便的途径, n.由于在皂碳啦坏反匣巾 L 示出投佳的立体专
一 性和位置选择性,敞 天然r :物的全 台成l}:碰I 谈广 随着有机化学学科的发琏,杂原子烯烃
参与戏环的 D—A反应的研究 皿日益活跃 。 术文就近年来发展较快的以亚姣类化台 物作为亲双
烯体 参 与的 D-A反& 及 其 生 物碱 粪仝合 成中的应 Hj作 一综述。
反 应 和 机 理
早在 1943年,Alder 撇道,亚歧 1,j以忙 0亲双烯体参加E 4+23~)3II成反 直, 从 而一步
生成四氢Ⅱ 啶类衍生物 。 魁.简单的亚胺如 Schiff碱类化台物由于氮上孤电子对的影q目是较
难发生 D—A反应阳,除非 :I·陂力活 泼时 _二烯 化台 物成征Lewis酸眭化 下,反应 才 得 以 进
行 Ⅲ 。
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1987年 8月 31曰收稿 ,
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有 机’ 化 学 1989年
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亚胺成盐后,由于去掉了氮上孤电子对的影响,其反应性则比亚胺本身强的多‘ ”。
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然而,缺电子亚胺可较顺利芜成D—A’反应,特别是Ⅳ一酰基和 N一磺酰基亚胺 -b许多 1,3---
蠖都能绿生环加成反应,以较好B 率得到四氢毗啶类衍生物。
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X, Y Hj co2 CX3
Z=COR s0 r-l一
一 般在加热或在 Lewis酸催化下发生反应。这种高度亲电性的亚胺类化台物本身通常是不稳
定的,在大部份情况下,需通过一个稳定的前体化合物就地产生,并与二烯化 合物 发 生加 成反
应 。
当亚胺化台物(1)和不列张二烯(2)反应时,原则上可以 生 二种 异构 体(3)和(4),但事实
上,亚胺的 A反应常显示出一个极好的能与全碳 D-A反应相比拟的位置选择性。不 论反应是
热诱导的或经 Lewis酸催化而匏生的,一般认为亚胺的 D-A反应大多 以分步方 式进 行, 反应经
过一个极性过渡态而得到产物 1。考察一下如图 l所示的任反应过程中可能存在的瞪个极性过渡
态,可以看出,氮上带负电荷的A和 c比破上带负电荷的B和D要来得稳定,如果R是推电子基
团,则c要 比A更稳定,产物将主要为 4;如果R是吸电子基团,则A比c稳 定,产 物 主 要 为
3。亚胺上如带有很强的吸电子基团,则也可能B和D比A和c更稳定。取代基如果 在二 烯的其
它位置上同样可以根据不同情况作出判断 主要产物总是来自最稳定、 电最易生成的过渡态。
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第 2期 亚胺参与的Diels-A|der反虚及其任生物碱垒台成中的应用 驰
由于在非环亚胺亲双烯体中氮上孤电子对的快速翻转,而给反应带来 在全碳 A反应 中所
没有的立体化学问题。早期列反应立体选择性问题了解并不多,随着大量实验资科的积累,从产
物结构
,人H1发现,亚胺以(露)一异构体参与 A反应较为常见Ⅲ 图 2显示 了非环亚 胺与
取代二烯的加成反应中立体取向模式,如果N上取代基团 z在过渡态中取 endo方向,则 生 成 的
产物结构如 5,如果C上取代基团X在过渡态 中取 endo方向,生成的产物结构如 6。许多实验
,
产物比例与反应条件确一定关系,然而多数产物县有如 5这样的结构,即在过谖态中N上取
代基 以enl~o方向, C 上取代基以eXO方向参与成环⋯。
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图 2
环: 亚胺(7)反应对, 由于其几何形状是确定的, 成反应刚也符 台D-A反 的 endo取
向规律,生成产物的结构如 8所示⋯。
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亚胺化合物(9)和(,O)与某些二烯的 D—A反应结果见下表⋯ 。
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Example Imine Diene Reaction conditions j Product(s)(Yield%)
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实验结果表明,反应 l和 2都仅生成单一的位置异构体产物J反应 4给出一个混台物 这反
映出存在二个稳定性相差不是很大的过渡态J反应 3产生一个单一的立体异椅体产物,显示出在
过渡态中(E)一9以 N一羰基取 endo方向参与成环,故碳上的乙氧羰基在产物中为 eY--o方向。
化台幸白(11)和(性)加热后备自生成一个单一的立体异构体产物,经x衍射谢定它们婀结构分
别为 1e和 TT ],反应是经过一个亚胺中间体而产生的, 反应立体专一性的结果 很好地 说明了
N一酰基亚胺是以(E)一构型参与成环。同时,在过渡态中如 1s,N上的酰基取 如 方向, c上的
甲氧羰基取 e 方向,故生成的产物中与氮相邻的两个碳上的氢星互为反式檎型} 过渡 态 如 为
l8,则将生成另一个立体异构体 l9,然而并没有检测到这一产物。反应结 果 与 分子 恻 亚 胺 的
A反匝所观察到的现象相同 ‘
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富电子的亚胺参与的 A反应报道不多,它们常和一些特殊的缺电子二烯反应,显 示 出反
转电子要求的 D。A反应特征。如 化合物(2O)与 l,2, ,5一四唑衍生物(21)发生加成反应,中间体化
台物(22)再经可逆 D—A反应脱去 ·分子N 而得到产物(23) ,“】。
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在合成具有抗肿瘤活性的抗菌素—— 链黑霉秉(24,strept0nigrin)的反应中,也刺 用这 一反
应来建立起产物的 ABC三环骨架⋯】。
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第 2期 亚胺磬与弛Diels—Alder反芦!受. 生物碱垒台成中的应用 101
分 子 间 反 应 的 应 用
由于亚胺参与的 D—A反应可一步生成四氢n眭啶类衍生物, 故台成化学家早就意识到可 将其
应用于生物碱化台物的 合成中。
环己亚胺(25)和 2,4戊二烯酸甲酯反应所得产物稍经转化即可得到羽扇豆宁 酸甲酯(26),
由于酯基是⋯个吸电子基团,故过渡态形式朝有利于 3类型生成,得到 很 好 的 位 置 专一 性 产
物 t 51。
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最近有报道,环戊亚胺(21')也能和高度亲核的 二烯反 应,并成功 地用于 28(Ipalbidine)~全
台成⋯ ’。
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日一二胺基甲酸甲酯吡啶(29)经过亚胺中间体(3O)和丁二烯发生 D—A反应, 所 得产物(31)除
去甲氧羰基,即得到存在于烟叶中的一种含墓较少旧生物碱新烟草碱(32,Anatabine)[⋯。
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在首次合成用于抗肿瘤的生物碱(3s,Cannivonine)的
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氢衙生物(S4)ff,~路线中 也用 到 了相
类似的反 应⋯ 。
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具较强生理 活 蛙 作 用 的 2,3,6一三 取 代 哌 啶 类 衍 生 q~(s5, Isoprosopinine A)和(36
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lsoprosopinine B)的合成中也是 以亚胺的 D—A反应来建立起母体骨架 】
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102 有 机 化 学 Ig89芷
苯骈环丁烯衍生物(3T)热解 F环后,得到邻醌二甲基中间体,这是一个极为活泼的二烯反应
体,有亚胺化 自物存在时,ljlJ可发生 DLA。反应,曲 此可掰到一系列 原小 ~ (Protobe betine)
化合物 。
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RI=R -R‘一CHjD一 R’-CN 【‘ I RI。cH,0一 ;
3T和88的反应可进一步用于各种育亨烷 0H 、I—— 、^]
~(Yoh‘mba玎e)生物碱衍生物,另一 + ~ttm
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胺的 A反应台成育亨宾类生物碱 39的反应 可 ■ ii.· ”
如右 。 ⋯ ∞ Du
在县有抗癌药理作用的自坚术类生物碱-11一去 甲氧基长春花朵灵(42a,1t-Deoxyvindoline)、
长春花朵灵(42b,Vindorosine)~长春蔓胺(4s,Vincanine)的全合成
中, 关键的一步都用到
了亚胺的 A反应,它显示出极佳 的位置专一性 。 一
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a:R tHE.R -OMe.日3-CO2He1日 x b。日I-H H z-H.R’=CN c日5l} C:日‘。H.R -H.R =COzMe 『IllI
d:R -Ne.R -H.R’=CO{He {7Il
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生理活性比母体脯氢酸要强得多的双环脯氨酸类衍生物(44)和N(5)一麦角灵(45,Ergline)的
全台成 中也都 用到 了亚胺 的 D-A反 应 ”。
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2j!fj 亚胺参与的Die1.~-Ald~r反悫Rl甘存生物碱 合成中的应用 。3
wejnreb等人提出另一条有效的台成 24的途径,他们利用亚胺的 D_A反应先得 到化 合物的
C/D环骨架,然后苒接上 A/B环成功地台成 了24 。
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Cl PhCH3.ref ,h
- CHaOH
分 子 内 反 应 的 应 用
由于活性的亲双烯亚胺化台物本身是不稳定的,故常常需就地产生并与二烯反应,与全碳的
A反应相比反应条件较为剧烈,有时会由于产生较严重的副反应而影响产率,某些反应甚至不
能进行。而分子内反应因有利于宫能团的相互靠拢作用而较分子间反应有利,近年来对这方面的
研究已取得较大进展。
1 971年,Oppolzer加热苯骈环丁烯化台物(46),得到差i占】异构体内酰 胺的 混 合物(47),反
应通过一个高度活泼的邻醌二甲基中间体与分子内的肟甲基醚发生 D-A反应, 这是第 一个亚胺
分子内D-A反应成功的例子 ”,而肟甲基醚在分子间的 D-A反应中是很不活泼的 。
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利用相似的战略,又合成了一些原小檗碱类衍生物 (48~50) 和治疗血吸虫病的常用药
物(51,Praziquantc1)[。 。
目1
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有 机 化 学
FU 等将双三甲基硅基乙镘和。,m一二炔(52)在茂基三糍基l钻蓓化下缩台后,得到一个非
对映异构体的四环化台物(53),反应也是通过邻苯硫二甲基中冈体而艇生的,产物J申反式骈环的
在亚胺的 D—A反应中,应用 N一酰基亚胺化合物是颇受欢迎的,因为它们较易在中性条件下
从 N一乙酰羟甲基经热解产生。毒芹瑟碱 (54, 6一Conieeine)~-一 个 最 简 单 的 具 吲 噪 里 西 啶
(Indolizidine)骨架的化台物。Wei~reb等人将l虢胺化台物 55转化为 N一羟甲基酰胺(56),酰化 后
得 5T,加热该化台物经消除乙酸生成亚啖体(58),再经氢化及还原反应,即可得到 54 。
一 一
Tmr~n开创的利用亚胺离子参与的分
子内 D A反应 电成 功地得到了脱 氢毒芹
瑟碱 (59)⋯ 。
j5.X-H;
j5‘x"-CH~e0H
j :X'-CHa0AC
『 H]
生物碱(65,Elaecokalaiv.e A)由于分子结构中存 存环内双键.故利用亚胺的D—A反应特别简
便有效。实验表明,可能由于_畔】间体酰基二烯物(62)的不稳定性,化合物(60)或(61)加热后得不
到所需产物,改变底物为 63后,经加热再酸化处理成功地得到 了差向异构 体(64),还匣酰胺 基
和氧化羟基后,所得 65的光谱数据与天然物完全一致 。
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化台物(71,Slaframine)是一种真菌类神经毒索(Fungal neurotoxin), 台成过程也是利用分
子内亚胺的 D—A反应得到母体吲哚里西啶骨 架 】。 加 热 66,得 到 l:1.8的 混 台 产 物(69)和
(70),它们夯别由67和 B8而来,在 67中由于存在着烯基H和较大的二甲基叔丁基 硅间的 非键
作用,故由其产生的69的量没有经68而来韵7口多,囱68或 z0出发,均可得到消旋 的天然 产
物分子(T1)。 一 ’ 一 一 ⋯
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许多生物碱的分子结构中具有喹喏里西啶(Quinolizidine)骨架。利用亚胺的 D-A反应可很好
构筑起这一组份,加热 丁2,得到单一产物(75)。从可能生成的二个亚胺中间体的构象式 可 以看出,
由于较大的苄氧甲基再:由N:hi C ~c 组lJ芟的过渡态环己内酰胺中总是处千 e键, N上 酰基是取
endo方向成环 , 似椅式过渡态(73、中存荷双键上 H。和假 口键上 H 之间髂非键作用而较难 一 ,
故反应是经由较为稳定盼似1]i}式过渡态(74)生成J :物(75) 。75还腻,就 生 成表 羽 扇 豆 碱
(76)
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2Ph o H
oCH,Ph
小穆苎麻索(B2,cry p10pleurine)和化 物 (80.Tyrophorine)分别属非骈畦晰和菲 骈吲嗡
西啶。实验
, 限环 j二的双键 电能作为二烯参加 分子内的死胺 D-A反应,环化加成后发生 1,
3一氧迁移生成产物(81)和(79),经还原得到 82(‘ 和 8O ]。
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06 有 机 化 学 1989年
Oppolzcr通过分子内亚胺的 D.A反应,成功地得到 了麦角酸(83,I.ysergic acid)Ⅲ 。
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89(Dehydracannabisativene)是一个大环生物碱。Weinreb等人通 过分 子内 亚胺的 D-A反应
建立起分子中四氩毗咯核上各取代基的正确立体位置,如同 l7的生成反应所示,加热 84得到预
期的双环加成物(86),其构型经 x衍射法得 确证,反应经过一个由氮、酯 氧基 和 c ~c。所组
成的似船式过渡态(85),男一个可能的似椅式过菠态(87)由于存在二个非键H的作用 而 不 易 生
成,故没有检测到另 环加成产物(88)。这一现象在二个全碳六员骈环体系中 也可 观 察到 ”,
故作者提 出取船式构象有利,也许是分子内 A反 应中生成 6/6骈环的一个一般规律。86经多步
转化后,生成外消髓 产物(89)。整个台成反应共需 l8步完成,而二个不对称中心的确立,则是依
靠分子内亚胺的 A反应一步完成 。
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结 语
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利用亚胺作为亲双烯进行 D-A反应,不但大大丰富和发展 了对 D-A反应的认识和 了解,并
且可以巧妙地用来合成许多毗啶类衙生物的生物碱。反应常可以得到一个能预期的位置选择性和
.
立体选择性结果,产率一般也较高 但是如同其它杂原子类型的 D-A反 应一 样, 亚 胺 参 与 的
A反应中还有许多机理问题不很清楚,值得探讨。相信在更好地了解 了反 应本 质后, 该反应
存有机合成上的应用也必将愈趋广泛。 t
本文承刘铸 晋教授审闲,特此致谢。
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藐 2期 亚睦参 与的 Diels-Alder匣亩Ⅱ 存生牦商垒合成 巾的意开1 【
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