新型水楊酮拼接手性烯胺類化合物的高效合成

楊 瑤, 張 磊, 黃 雄,2, 劉仁明, 劉雄利, 彭禮軍*

(1. 貴州大學(xué) 西南藥食兩用資源開發(fā)利用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550025； 2. 永康市第二中學(xué)，浙江 金華 321300)

水楊酮拼接烯胺類化合物可以作為黃酮的重要合成中間體[1-10]，還能作為C—N 或C—S 烏爾曼偶聯(lián)反應(yīng)的重要配體[11-13]。目前，合成水楊酮拼接烯胺類化合物的主要方法是通過(guò)鄰羥基苯乙酮(水楊酮)和N,N-二烷基甲酰胺二甲縮醛發(fā)生縮合反應(yīng)得到[14-18]。通過(guò)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)至今為止未見手性的水楊酮拼接烯胺類化合物報(bào)道。因此，發(fā)展新的方法合成多樣性的手性水楊酮拼接烯胺類化合物，可以為天然產(chǎn)物的全合成及其衍生物的合成提供多樣性的合成子或者作為催化劑手性配體，對(duì)有機(jī)催化和藥物化學(xué)領(lǐng)域具有重要的價(jià)值。

在實(shí)驗(yàn)室前期工作基礎(chǔ)上，本文以高親電性的色酮-3-甲酸(1)與親核性的手性仲胺胺(2)為原料，在無(wú)催化劑條件下，在氯仿溶劑中于室溫下發(fā)生Michael加成/脫羧/開環(huán)反應(yīng)，合成了11個(gè)新型的水楊酮拼接手性烯胺類化合物(3a～3k， Scheme 1),產(chǎn)率72%～91%,其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI-TOF)表征，進(jìn)一步通過(guò)單晶確定了化合物3a和3i的結(jié)構(gòu)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

WRS-1B型數(shù)字熔點(diǎn)儀；Bruker-400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)); MicroTMQ-TOF型高分辨質(zhì)譜儀。

所用試劑均為分析純。

1.2 3a～3k的合成(以3a為例)

在反應(yīng)管中依次加入57.0 mg 色酮-3-甲酸1a(0.30 mmol)， 40.4 mg 手性仲胺2a(0.40 mmol)和2.0 mL氯仿溶液，攪拌下反應(yīng)24 h(TLC檢測(cè))。直接上樣經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：V(石油醚)/V(乙酸乙酯)= 5/1]純化得60.0 mg化合物3a。

用類似的方法合成3b～3k。

3a: 淡黃色固體,m.p.149.3～149.5 ℃,產(chǎn)率81%;1H NMRδ: 1.75(s, 1H), 1.95(s, 3H), 3.20(s, 1H), 3.27(s, 1H), 3.55(s, 1H), 3.66～3.73(m, 2H), 3.97(br s, 1H), 5.57(d,J=11.6 Hz, 1H), 6.67～6.70(m, 1H), 6.81(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.19～7.27(m, 1H), 7.43～7.50(m, 1H), 8.05(d,J=12.0 Hz, 1H), 13.87(br s, 1H);13C NMRδ: 22.3, 26.4, 46.9, 63.2, 63.5, 90.4, 117.0, 117.1, 119.3, 127.4, 132.9, 150.0, 161.7, 190.0; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C14H17NNaO3{[M+Na]+}270.1101, found 270.1107。

3b: 淡黃色固體, m.p.158.5～159.4 ℃,產(chǎn)率82%;1H NMRδ: 1.78～1.79(m, 1H), 1.94～2.04(m, 3H), 3.25～3.36(m, 2H), 3.55～3.77(m, 4H), 5.49(d,J=12.0 Hz, 1H), 6.76～6.80(m, 1H), 6.96～7.01(m, 1H), 7.13～7.16(m, 1H), 8.08(d,J=12.0 Hz, 1H), 13.53(br s, 1H);13C NMRδ: 22.3, 26.4, 47.1, 63.3, 63.6, 90.2, 112.5(d,JCF=23.1 Hz), 117.9, 118.0, 119.0, 119.1, 120.1(d,JCF=24.3 Hz), 127.8, 129.9, 150.3, 153.8(d,JCF=235.1 Hz), 157.7, 188.9; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C14H16FNNaO3{[M+Na]+}288.1006, found 288.1007。

3c: 淡黃色固體,m.p.107.2～107.4 ℃,產(chǎn)率76%;1H NMRδ: 1.77～1.78(m, 1H), 1.93～2.02(m, 3H), 3.28～3.36(m, 2H), 3.54～3.58(m, 1H), 3.68～3.77(m, 3H), 5.50(d,J=12.0 Hz, 1H), 6.72(d,J=8.8 Hz, 1H), 7.30～7.33(m, 1H), 7.57(s, 1H), 8.08(d,J=12.0 Hz, 1H), 13.83(br s, 1H);13C NMRδ: 22.3, 26.4, 47.2, 63.2, 63.6, 90.2, 108.8, 119.0, 120.7, 129.6, 135.5, 150.4, 160.6, 188.6; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C14H16BrNNaO3{[M+Na]+}348.0206, found 348.0208。

3d: 淡黃色固體, m.p.152.9～153.2 ℃,產(chǎn)率82%;1H NMRδ: 1.79(s, 1H), 1.98(s, 3H), 2.17(s, 3H), 3.25(s, 1H), 3.31(s, 1H), 3.57～3.59(m, 1H), 3.69～3.75(m, 3H), 5.58(d,J=9.2 Hz, 1H), 6.73(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.06(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.26(s, 1H), 8.05(d,J=12.0 Hz, 1H), 13.61(br s, 1H);13C NMRδ: 20.6, 23.3, 27.4, 48.0, 64.3, 64.5, 91.5, 117.8, 120.0, 127.0, 128.3, 128.9, 131.0, 134.9, 150.8, 160.5, 191.1; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C15H19NNaO3{[M+Na]+}284.1257, found 284.1257。

3e: 淡黃色固體, m.p.179.2～180.0 ℃;產(chǎn)率86%;1H NMRδ: 1.76(s, 1H), 1.89～1.96(m, 3H), 2.23(s, 3H), 3.21(s, 1H), 3.27(s, 1H), 3.55～3.57(m, 1H), 3.66～3.73(m, 2H), 3.94(br s, 1H), 5.55(d,J=12.0 Hz, 1H), 6.50(d,J=8.0 Hz, 1H), 6.64(s, 1H), 7.39(d,J=8.0 Hz, 1H), 8.03(d,J=12.0 Hz, 1H), 13.85(br s, 1H);13C NMRδ: 20.7, 22.3, 26.4, 46.9, 63.3, 63.4, 90.3, 116.9, 117.2, 118.4, 127.3, 127.8, 129.9, 144.1, 149.5, 161.8, 189.9; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C15H19NNaO3{[M+Na]+}284.1257, found 284.1262。

Scheme 1

3f: 淡黃色油狀液體,產(chǎn)率79%;1H NMRδ: 1.13(s, 3H), 1.15(s, 3H), 1.77(s, 1H), 1.95～1.97(m, 3H), 2.73～2.79(m, 1H), 3.28(s, 1H), 3.33(s, 1H), 3.57(d,J=6.8 Hz, 1H), 3.67～3.75(m, 3H), 5.65(d,J=12.0 Hz, 1H), 6.78(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.14～7.19(m, 1H), 7.37(s, 1H), 8.10(d,J=12.0 Hz, 1H), 13.65(br s, 1H);13C NMRδ: 22.3, 23.2, 26.5, 32.4, 47.1, 63.3, 63.4, 90.4, 116.9, 118.8, 124.8, 131.1, 137.3,149.8, 159.7, 190.3; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C17H23NNaO3{[M+Na]+}312.1570, found 312.1570。

3g: 淡黃色固體, m.p.224.1～224.7 ℃,產(chǎn)率73%;1H NMRδ: 1.79(s, 1H), 1.97～1.98(m, 3H), 2.25(s, 3H), 3.27(s, 1H), 3.35(s, 1H), 3.58(d,J=6.5 Hz, 1H), 3.69～3.76(m, 3H), 5.46(d,J=12.0 Hz, 1H), 6.70(s, 1H), 7.38(s, 1H), 8.04(d,J=12.0 Hz, 1H), 13.70(br s, 1H);13C NMRδ: 19.5, 22.3, 26.4, 47.1, 63.3, 63.6, 90.1, 118.2, 119.0, 122.3, 127.0, 141.5, 150.0, 160.1, 188.6; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C15H18ClNNaO3{[M+Na]+}318.0867, found 318.0862。

3h: 淡黃色固體, m.p.111.5～112.2 ℃,產(chǎn)率72%;1H NMRδ: 1.27～1.30(m, 1H), 1.61～1.68(m, 1H), 1.94～1.99(m, 1H), 2.07～2.05(m, 1H), 3.06～3.34(m, 3H), 4.59(d,J=8.4 Hz, 1H), 5.57(d,J=13.4 Hz, 1H), 6.68～6.72(m, 1H), 6.80(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.17～7.31(m, 11H), 7.55(d,J=7.6 Hz, 1H), 7.68(d,J=12.0 Hz, 1H), 13.80(br s, 1H);13C NMRδ: 21.9, 27.2, 52.4, 69.2, 79.8, 90.6, 116.9, 117.1, 119.4, 125.9, 126.2, 126.6, 126.9, 127.1, 127.3, 127.5, 132.8, 142.6, 151.8, 161.8, 190.4; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C26H25NNaO3{[M+Na]+}422.1727, found 422.1723。

Scheme 2

3i: 淡黃色固體, m.p.212.7～213.5 ℃,產(chǎn)率91%;1H NMRδ: 0.00(s, 9H), 00.99～1.07(m, 1H), 1.70～1.79(m, 1H), 2.09～2.14(m, 1H), 2.32～2.43(m, 1H), 2.46～2.52(m, 1H), 3.18～3.24(m, 1H), 4..91(d,J=7.6 Hz, 1H), 5.81(d,J=12.4 Hz, 1H), 6.94～6.98(m, 1H), 7.09～7.11(m, 1H), 7.47～7.58(m, 11H), 7.86(d,J=7.2 Hz, 1H), 8.54(d,J=12.4 Hz, 1H), 14.43(br s, 1H);13C NMRδ: 20.8, 25.6, 46.9, 69.7, 81.8, 89.8, 116.2, 116.6, 119.0, 125.9, 126.2, 126.6, 126.7, 127.6, 127.9, 132.1, 139.9, 140.2, 151.4, 161.5, 189.8; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C29H33NNaO3Si{[M+Na]+}494.2122, found 494.2126。

3j: 淡黃色固體, m.p.228.3～229.1 ℃,產(chǎn)率87%;1H NMRδ: 0.00(s, 9H), 0.99～1.06(m, 1H), 1.70～1.79(m, 1H), 2.09～2.14(m, 1H), 2.32～2.40(m, 1H), 2.45(s, 3H), 2.50～2.56(m, 1H), 3.19～3.26(m, 1H), 4.91(d,J=8.0 Hz, 1H), 5.81(d,J=12.4 Hz, 1H), 7.00(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.30～7.33(m, 1H), 7.47～7.58(m, 11H), 8.53(d,J=12.0 Hz, 1H), 14.20(br s, 1H);13C NMRδ: 0.0, 19.1, 20.8, 25.6, 46.9, 69.7, 81.8, 89.8, 166.3, 118.6, 125.1, 125.9, 126.2, 126.6, 126.7, 127.6, 127.9, 133.0, 140.0, 140.3, 151.3, 159.2, 189.8; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C30H35NNaO3Si{[M+Na]+}508.2278, found 508.2275。

3k: 淡黃色固體, m.p.272.5～273.4 ℃,產(chǎn)率87%;1H NMRδ: 0.00(s, 9H), 0.99～1.13(m, 1H), 1.72～1.80(m, 1H), 2.10～2.16(m, 1H), 2.33～2.44(m, 1H), 2.45～2.51(m, 1H), 3.18～3.25(m, 1H), 4.91(d,J=8.8 Hz, 1H), 5.73(d,J=12.0 Hz, 1H), 7.06～7.09(m, 1H), 7.27(s, 1H), 7.48～7.58(m, 10 H), 7.68(d,J=8.4 Hz, 1H), 8.56(d,J=12.4 Hz, 1H), 14.74(br s, 1H);13C NMRδ: 0.0, 20.8, 25.6, 47.0, 69.9, 81.8, 89.5, 117.9, 119.5, 119.6, 125.8, 125.9, 126.3, 126.7, 126.8, 127.6, 127.7, 127.9, 139.8, 140.1, 151.7, 162.3, 188.9; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C29H32BrNNaO3Si{[M+Na]+}572.1227, found 572.1225。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

在無(wú)催化劑條件下，對(duì)反應(yīng)底物進(jìn)行了擴(kuò)展。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該反應(yīng)活性較高，TLC檢測(cè)24 h內(nèi)能反應(yīng)完全,最終手性化合物3的產(chǎn)率為72%～91%。其中，不論是吸電子取代，還是給電子取代的色酮-3-甲酸1，反應(yīng)活性均較高。此外，各種手性仲胺2，例如大位阻的OTMS取代的脯氨醇2c也能很好的參與反應(yīng)，生成化合物3i～3k的產(chǎn)率較高(87%～91%)。從核磁譜圖分析，該反應(yīng)產(chǎn)物主要為反式異構(gòu)體，不存在順式異構(gòu)體產(chǎn)物。其原因可能是反式異構(gòu)體更穩(wěn)定。然而，采用3-位不含羧酸活化的色酮作為底物，該反應(yīng)不能進(jìn)行，可能是因?yàn)樯h(huán)具有類芳香性，3-位沒有吸電子取代的色酮，親電性較差。

2.2 化合物3a和3i的單晶制備

在無(wú)水乙醇溶劑中對(duì)化合物3a和3i進(jìn)行了單晶培養(yǎng)，分析了白色晶體3a(CCDC: 2119469)和3i(CCDC: 2119470)的結(jié)構(gòu)。圖1為化合物3a和3i的單晶結(jié)構(gòu)。由圖1分析可知，化合物3a屬monoclinic晶系，P21/c空間群，晶胞參數(shù)a=11.6052(11) ?，b=8.1337(8) ?，c=13.7625(17) ?，α=90°，β=93.948(10)°，γ=90°；化合物3i屬triclinic晶系，P1空間群，晶胞參數(shù)a=9.3645(2) ?，b=10.4700(3) ?，c=13.9402(4) ?，α=80.007(2)°，β=73.477(2)°，γ=77.869(2)°。

圖1 化合物3a和3i的單晶結(jié)構(gòu)

2.3 反應(yīng)機(jī)理

在本實(shí)驗(yàn)和文獻(xiàn)基礎(chǔ)上[19-21]，推測(cè)該反應(yīng)機(jī)理如Scheme 2所示：色酮-3-甲酸1與手性仲胺2首先發(fā)生Michael加成反應(yīng)得到手性中間體A,手性中間體A不穩(wěn)定，繼續(xù)發(fā)生脫羧反應(yīng)得到手性中間體B，手性中間體B最后發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為終產(chǎn)物水楊酮拼接手性烯胺類化合物3。

3 結(jié)論

合成了11個(gè)未見文獻(xiàn)報(bào)道的水楊酮拼接手性烯胺類化合物3a～3k，產(chǎn)率72%～91%。該方法不需要任何催化劑，利用色酮-3-甲酸的高親電性和手性仲胺的氮原子的親核性發(fā)生Michael加成反應(yīng)，生成的手性中間體不穩(wěn)定，發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，得到最終產(chǎn)物水楊酮拼接手性烯胺類化合物3，可以為天然產(chǎn)物的全合成提供多樣性的合成子或者作為催化劑手性配體。