
图1 Yuremamine的结构
Figure 1. Structure of yuremamine
吡咯并[1, 2-a]吲哚作为一种特征结构, 广泛存在于许多天然产物和药物中.目前关于吡咯并[1, 2-a]吲哚的合成已有一些报道[1], 其中具有三个连续手性中心的吡咯并吲哚结构的合成更具有挑战性[2~4].Dethe等[4a]用Cu(OTf)2催化取代的苄基醇和α, β-不饱和酯的[6+2]环加成反应, 经一步反应合成了类似Yuremamine(图 1)核心结构的吡咯并[1, 2-a]吲哚, 产物具有很高的非对映选择性; 最近, Bera等[4b]报道了利用手性磷酸催化2-乙烯基吲哚与吲哚苄醇的[3+2]环加成反应, 得到吡咯并[1, 2-a]吲哚类物质, ee值大多在90%以上.我们研究发现当使用3, 3'-位联有α-萘基的联萘二酚骨架手性磷酸为催化剂时, 3-丙烯酸乙酯与吲哚苄醇反应, 得到具有三个连续手性中心的吡咯并[1, 2-a]吲哚, 并且具有较好的非对映立体选择性(9/1~20/1dr)和对映选择性(62%~92% ee).
首先, 以吲哚苄基醇1a和吲哚丙烯酸酯2a为原料, 对反应条件进行了探讨(Eq.1).以二氯甲烷为溶剂, 在0 ℃条件下, 对催化剂(S)-3a~(S)-3d的催化效果进行了研究(表 1), 当使用(S)-3d为催化剂时, 反应的效果最好, 产率为83%, dr值为20:1, ee值为83%(表 1, Entries 1~4);然后, 以(S)-3d为催化剂, 探讨了不同溶剂和温度对反应的影响, 发现当使用甲苯为溶剂, 在0 ℃条件下反应时, 反应的效果较好, 产率为85%, dr值为20:1, ee值高达91%(表 1, Entry 5).
Entry | 催化剂 | 温度/℃ | 溶剂 | 产率b/% | dr 4aa/5aac | eed/% |
1 | (S)-3a | 0 | CH2Cl2 | 91 | 20/1 | 79 |
2 | (S)-3b | 0 | CH2Cl2 | 68 | 7/1 | 56 |
3 | (S)-3c | 0 | CH2Cl2 | 40 | 10/1 | 68 |
4 | (S)-3d | 0 | CH2Cl2 | 85 | 20/1 | 83 |
5 | (S)-3d | 0 | PhCH3 | 85 | 20/1 | 91 |
6 | (S)-3d | 25 | PhCH3 | 90 | 8/1 | 92 |
7 | (S)-3d | 25 | EtOAc | 87 | 7/1 | 89 |
8 | (S)-3d | 25 | Et2O | 89 | 12/1 | 84 |
a反应条件: 1a (0.1 mmol), 2a (0.105 mmol), 酸催化剂3 (5 mmol%); b分离产率; c通过1H NMR测定; d较多含量组分4aa的ee值. |
根据以上研究结果, 以甲苯为溶剂, (S)-3d为催化剂, 在0 ℃条件下, 探讨具有不同取代基的吲哚苄基醇和吲哚丙烯酸酯的反应(Eq.2).发现当原料1和2的苯环上没有取代基时, 反应的产率为85%, dr值为20:1, ee值为91%.当吲哚丙烯酸酯2的苯环上有吸电子取代基(R2=Br, CN, F)时, 反应的产率和ee值变化不明显, 但dr值却下降明显; 当2的苯环上有给电子取代基(R2=Me, OMe)时, 反应的产率、dr值、ee值明显降低; 然而, 当原料吲哚苄基醇1的苯环上有取代基甲氧基时, 反应的产率和dr值都相对较高, 但ee值却下降明显(表 2).当底物2的吲哚基换为呋喃或吡咯取代基时, 此反应不能发生.
Entry | R1 | R2 | 产物 | 产率b/% | dr 4/5c | eed/% |
1 | H | H | 4aa, 5aa | 85 | 20/1 | 91 |
2 | H | 5-Br | 4ab, 5ab | 83 | 10/1 | 88 |
3 | H | 5-CN | 4ac, 5ac | 76 | 09/1 | 92 |
4 | H | 6-F | 4ad, 5ad | 89 | 09/1 | 89 |
5 | H | 5-Me | 4ae, 5ae | 59 | 11/1 | 74 |
6 | H | 6-OMe | 4af, 5af | 59 | 14/1 | 79 |
7 | OMe | H | 4ba, 5ba | 91 | >20/1 | 62 |
8 | OMe | 5-Br | 4bb, 5bb | 86 | >20/1 | 84 |
a反应条件: 1 (0.1 mmol), 2 (0.105 mmol), 酸催化剂(S)-3d (5 mmol%), 甲苯2 mL, 0 ℃反应; b分离产率; cdr用1H NMR测定; d较多含量组分4的ee值. |
另一方面, 产物6的外消旋化说明原料吲哚丙烯酸酯中, 吲哚氮上的H原子对于对映选择性控制过程非常重要; 因此推测反应机理[4b, 5]可能是原料1首先脱水, 然后再与原料2进行环加成, 形成立体化学的原因可能是由于手性亚胺磷酸离子对、吲哚环的N(N—H)与磷酸之间形成的氢键相互作用.
为了确定产物的绝对构型, 从而进一步明确反应机理, 用手性磷酸(S)-3d催化合成了N原子联有甲基的环加成产物6(图 2).根据文献[4a], 化合物6可以得到单晶.遗憾的是(S)-3d催化得到的6虽然可以得到单晶, 却是外消旋的; 其他具有较高ee值的产物都未能得到相应单晶, 因此, 主要产物的绝对构型未能确定.
通过以联萘二酚为骨架的手性磷酸作为催化剂, 一锅法合成了具有三个连续手性中心的多取代的吡咯并[1, 2-a]吲哚; 环加成反应不仅得到了非对映选择性产物, 而且具有中等或较高的对映选择性.
吲哚苄基醇1a、1b和吲哚丙烯酸酯2b~2f是按照文献的方法制备的[4a]; 溶剂都是经过无水无氧处理后再使用的; 外消旋的化合物4由TiCl4催化制备.
核磁共振仪: Bruker Avance Ⅲ(300 MHz)或Varian Unity INOVA 600(600 MHz), 以CDCl3为溶剂, TMS(0.03%)为内标; 高分辨质谱仪: Ion Spec 4.7 Tesla FTMS; WZZ-2B型自动旋光仪.
3-(5-溴-1H-3-吲哚基)-1-(2, 4-二甲氧基苯基)-9-甲基-2, 3-二氢-1H-吡咯[1, 2-a]吲哚-2-羧酸乙酯(4bb): [α]D25-49.1(c 0.016, CHCl3); 1H NMR(CDCl3, 300 MHz)δ: 1.34(t, J=7.2 Hz, 3H), 1.96(s, 3H), 3.7(s, 3H), 3.73(s, 3H), 4.01~4.14(m, 2H), 5.01(d, J=7.5 Hz, 1H), 5.73(d, J=7.5 Hz, 1H), 6.37~6.40(m, 2H), 6.66(d, J=8.1 Hz, 1H), 6.80(t, J=7.5 Hz, 1H), 6.93~7.18(m, 6H), 7.43(d, J=7.5 Hz, 1H), 7.52(s, 1H), 8.12(s, 1H); 13C NMR(CDCl3, 150 MHz)δ: 172.9, 160.2, 158.4, 140.9, 135.3, 134.1, 132.8, 129.4, 127.2, 125.5, 124.1, 121.9, 120.8, 120.3, 118.9, 118.6, 114.2, 113.3, 113.0, 110.2, 104.4, 102.4, 98.8, 61.2, 57.5, 55.54, 55.53, 55.47, 55.45, 14.3, 8.6;HRMS(ESI+)calcd for C31H29BrN2O4 572.1311, found 572.1305;HPLC [AD-H, V(n-hexane):V(iso-propanol)=95:5, 0.5 mL/min, 254 nm]: t1=62.921 min, t2=73.855 min.
3-(6-甲氧基-1H-3-吲哚基)-9-甲基-1-苯基-2, 3-二氢-1H-吡咯[1, 2-a]吲哚-2-羧酸乙酯(4af):[α]D25-58.0(c 0.012, CHCl3); 1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 1.07(t, J=7.2 Hz, 3H), 1.89(s, 3H), 3.70~3.78(m, 4H), 3.96~4.18(m, 2H), 4.77(d, J=8.4 Hz, 1H), 5.82(d, J=8.4 Hz, 1H), 6.61(dd, J=8.4, Hz, 1H), 6.68(d, J=8.1 Hz, 1H), 6.75~6.82(m, 2H), 6.931(t, J=7.2 Hz, 1H), 7.05(d, J=7.2 Hz, 1H), 7.12(d, J=8.4 Hz, 1H), 7.16~7.24(m, 1H), 7.28(t, J=7.2 Hz, 2H), 7.34(d, J=7.2 Hz, 2H), 7.42(d, J=8.1 Hz, 1H), 7.97(s, 1H); 13C NMR(CDCl3, 150 MHz)δ: 172.1, 156.8, 140.8, 140.6, 137.6, 133.7, 132.8, 128.9, 128.2, 127.4, 121.9, 120.6, 120.0, 119.90, 118.9, 118.6, 114.0, 110.4, 110.2, 102.7, 95.0, 65.7, 61.2, 57.6, 55.7, 47.6, 14.3, 8.5;HRMS(ESI+)calcd for C30H28N2O3: 464.2100, found 464.2076;HPLC [AD-H, V(n-hexane):V(iso-propanol)=95:5, 0.5 mL/min, 254 nm]: t1=27.53 min, t2=31.830 min.
1-(2, 4-二甲氧基苯基)-3-(1H-3-吲哚基)-9-甲基-2, 3-二氢-1H-吡咯[1, 2-a]吲哚-2-羧酸乙酯(4ba):[α]D25-22.2(c 0.007, CHCl3); 1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 1.08(t, J=7.2 Hz, 3H), 1.95(s, 3H), 3.69(s, 3H), 3.73(s, 3H), 4.06(m, 2H), 5.04(d, J=7.2 Hz, 1H), 5.83(d, J=7.2 Hz, 1H), 6.39(d, J=6.0 Hz, 2H), 6.65(d, J=7.8 Hz, 1H), 6.76(t, J=7.8 Hz, 1H), 6.92(t, J=7.8 Hz, 2H), 7.00~7.24(m, 3H), 7.25(d, J=8.1 Hz, 1H), 7.27~7.37(m, 2H), 7.42(d, J=7.8 Hz, 1H), 8.07(s, 1H); 13C NMR(CDCl3, 150 MHz)δ: 172.9, 160.1, 158.4, 140.88, 136.7, 133.9, 132.9, 129.4, 125.6, 123.0, 122.5, 121.0, 120.2, 120.0, 119.5, 118.7, 118.4, 114.3, 111.4, 110.3, 104.4, 102.1, 98.6, 61.0, 57.8, 55.46, 55.44, 55.41, 55.39, 14.3, 8.6;HRMS(ESI+)calcd for C31H30N2O4494.2206, found 494.2201;HPLC [AD-H, V(n-hexane):V(iso-propanol)=97:3, 0.5 mL/min, 254 nm]: t1=27.263 min, t2=35.045 min.
3-(5-溴-1H-3-吲哚基)-9-甲基-1-苯基-2, 3-二氢-1H-吡咯[1, 2-a]吲哚-2-羧酸乙酯(4ab):[α]D25-110.2(c 0.010, CHCl3); 1H NMR(CDCl3, 300 MHz)δ: 1.12(t, J=7.2 Hz, 3H), 1.91(s, 3H), 3.69(t, J=8.1 Hz, 1H), 4.05~4.20(m, 2H), 4.82(d, J=8.1 Hz, 1H), 5.82(d, J=8.1 Hz, 1H), 6.67(d, J=8.1 Hz, 1H), 6.82(t, J=7.5 Hz, 1H), 6.96(t, J=7.5 Hz, 1H), 7.06(d, J=7.8 Hz 1H), 7.1~7.42(m, 7H), 7.45(d, J=7.8 Hz, 1H), 7.54(s, 1H), 8.12(s, 1H); 13C NMR(CDCl3, 100 MHz)δ: 171.0, 139.8, 139.5, 134.2, 132.8, 131.6, 127.8, 126.9, 126.3, 126.2, 124.5, 123.0, 120.8, 119.5, 118.0, 117.7, 113.2, 112.4, 111.9, 109.1, 101.9, 64.7, 60.4, 55.8, 46.1, 13.1, 7.3;HRMS(ESI+)calcd for C29H27BrN2O2[M+H]+: 513.1178, found 513.1131;HPLC [AD-H, V(n-hexane):V(iso-propanol)=98:2, 0.5 mL/min, 254 nm]: t1=9.783 min, t2=11.088 min.
3-(1H-3-吲哚基)-9-甲基-1-苯基-2, 3-二氢-1H-吡咯[1, 2-a]吲哚-2-羧酸乙酯(4aa)[4a]:[α]D25-78.9(c 0.006, CHCl3); 1H NMR(CDCl3, 300 MHz)δ: 1.16(t, J=7.2 Hz, 3H), 1.99(s, 3H), 3.86(t, J=8.4 Hz, 1H), 4.26~4.09(m, 2H), 4.88(d, J=8.4 Hz, 1H), 5.98(d, J=8.4 Hz, 1H), 6.75(d, J=8.1 Hz, 1H), 6.87(t, J=8.1 Hz, 1H), 7.03(t, J=7.8 Hz, 1H), 7.18~7.45(m, 9H), 7.52(d, J=7.8 Hz, 1H), 8.19(s, 1H); 13C NMR(CDCl3, 150 MHz)δ: 172.0, 140.7, 140.5, 136.6, 133.6, 132.6, 128.7, 128.0, 127.2, 125.4, 122.9, 122.5, 120.5, 120.1, 119.2, 118.8, 118.5, 113.9, 111.4, 110.3, 102.6, 65.6, 61.1, 57.3, 47.4, 14.1, 8.3;HRMS(ESI+)calcd for C29H27N2O2[M+H]+: 435.2073, found 435.2067;HPLC [AD-H, V(n-hexane):V(iso-pro-panol)=98:2, 0.5 mL/min, 254 nm]: t1=113.368 min, t2=130.923 min.
3-(5-甲基-1H-3-吲哚基)-9-甲基-1-苯基-2, 3-二氢-1H-吡咯[1, 2-a]吲哚-2-羧酸乙酯(4ae): 1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 1.08(t, J=7.2 Hz, 3H), 1.91(s, 3H), 2.27(s, 3H), 3.77(t, J=8.4 Hz, 1H), 4.00~4.15(m, 2H), 4.8(d, J=8.4 Hz, 1H), 5.85(d, J=8.1 Hz, 1H), 6.71(d, J=8.1 Hz, 1H), 6.77~6.83(m, 1H), 6.90~6.97(m, 2H), 7.07(d, J=7.2 Hz, 1H), 7.13~7.24(m, 3H), 7.28(t, J=7.2 Hz, 2H), 7.35(d, J=7.2 Hz, 2H), 7.43(d, J=8.1 Hz, 1H), 7.98(s, 1H); 13C NMR(CDCl3, 100 MHz)δ: 172.2, 141.0, 140.6, 135.0, 133.7, 132.7, 129.2, 128.7, 128.0, 127.2, 125.8, 124.2, 123.0, 120.4, 118.9, 118.8, 118.5, 113.7, 110.0, 110.4, 102.6, 65.5, 61.1, 57.3, 47.3, 21.5, 14.1, 8.4;HRMS(ESI+)calcd for C30H29N2O2 [M+H]+: 449.2229, found 449.2223;HPLC [AD-H, V(n-hexane):V(iso-pro-panol)=97:3, 0.5 mL/min, 254 nm]: t1=54.365 min, t2=57.458 min.
辅助材料(Supporting Information)反应机理图示及化合物4的核磁共振氢谱、碳谱、HPLC谱图.这些材料可以免费从本刊网站(http://sioc-journal.cn/)上下载.
3-(5-氰基-1H-3-吲哚基)-9-甲基-1-苯基-2, 3-二氢-1H-吡咯[1, 2-a]吲哚-2-羧酸乙酯(4ac): [α]D25-93.0(c 0.002, CHCl3); 1H NMR(CDCl3, 300 MHz)δ: 1.13(t, J=7.2 Hz, 3H), 1.92(s, 3H), 3.66(t, J=8.1 Hz, 1H), 4.02~4.21(m, 2H), 4.82(d, J=8.1 Hz, 1H), 5.87(d, J=7.8 Hz, 1H), 6.60(d, J=8.1 Hz, 1H), 6.81(t, J=7.2 Hz, 1H), 6.97(t, J=7.2 Hz, 1H), 7.13~7.41(m, 8H), 7.46(d, J=7.8 Hz, 1H), 7.69(s, 1H), 8.55(s, 1H); 13C NMR(CDCl3, 150 MHz)δ: 171.9, 140.6, 140.4, 138.4, 134.0, 132.6, 129.0, 128.0, 127.5, 125.7, 125.3, 125.17, 125.0, 120.8, 120.5, 119.3, 119.0, 115.5, 112.6, 110.0, 103.4, 103.4, 65.9, 61.6, 56.7, 47.3, 14.3, 8.5;HRMS(ESI+)calcd for C30H26N3O2[M+H]+: 460.2025, found 460.2012;HPLC [AD-H, V(n-hexane):V(iso-propanol)=95:5, 0.5 mL/min, 254 nm]: t1=78.313 min, t2=82.863 min.
3-(6-氟-1H-3-吲哚基)-9-甲基-1-苯基-2, 3-二氢-1H-吡咯[1, 2-a]吲哚-2-羧酸乙酯(4ad): [α]D25-110.0(c 0.002, CHCl3); 1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 1.07(t, J=7.2 Hz, 3H), 1.89(s, 3H), 3.72(t, J=8.4 Hz, 1H), 4.00~4.15(m, 2H), 4.78(d, J=8.4 Hz, 1H), 5.83(d, J=8.4 Hz, 1H), 6.64(d, J=8.4 Hz, 1H), 6.70(d, J=7.2, 2 Hz, 1H), 6.79(t, J=7.2 Hz, 1H), 6.9~7.01(m, 2H), 7.08~7.36(m, 7H), 7.42(d, J=8.4 Hz, 1H), 8.08(s, 1H); 13C NMR(CDCl3, 150 MHz)δ: 172.2, 161.2(d, J=203.8 Hz), 140.7, 140.5, 136.7(d, J=10.0 Hz), 133.8, 132.7, 128.9, 128.2, 127.5, 123.4(d, J=1.3 Hz), 122.1, 120.7, 120.1(d, J=7.5 Hz), 119.0, 118.7, 114.2, 110.3, 109.1(d, J=20.0 Hz), 102.9, 97.9(d, J=22.5 Hz), 65.8, 61.3, 57.3, 47.5, 14.3, 8.4;HRMS(ESI+)calcd for C29H26FN2O2 [M+ H]+: 453.1978, found 453.1973;HPLC [AD-H, V(n-hexane):V(iso-propanol)=96:4, 0.5 mL/min, 254 nm]: t1=48.904 min, t2=51.845 min.
吡咯并[1, 2-a]吲哚4的制备:先将微量反应管进行无水无氧通氮气处理, 然后再向其中依次加入0.1 mmol 1, 0.105 mmol 2, 0.05 mmol(S)-3和2 mL溶剂, 置于相应的温度下搅拌, 反应过程中用TLC跟踪监测反应进程.反应结束后, 将反应混合物转移到圆底烧瓶中, 旋蒸除去溶剂, 剩余物用柱层析分离提纯得到化合物4.
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(b) Bera, K.; Schneider, C. Chem. Eur. J. 2016, 22, 7074.
(c) Feldman, K.-S.; Gonzalez, I.-Y.; Glinkerman, C.-M. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136(43), 15138.
Tang, X.-D.; Li, S.; Guo, R.; Nie, J.; Ma, J.-A. Org. Lett. 2015, 17(6), 1389. doi: 10.1021/acs.orglett.5b00159
表 1 环加成反应条件优化结果a
Table 1. Results for the optimization of the cycloaddition reaction
Entry | 催化剂 | 温度/℃ | 溶剂 | 产率b/% | dr 4aa/5aac | eed/% |
1 | (S)-3a | 0 | CH2Cl2 | 91 | 20/1 | 79 |
2 | (S)-3b | 0 | CH2Cl2 | 68 | 7/1 | 56 |
3 | (S)-3c | 0 | CH2Cl2 | 40 | 10/1 | 68 |
4 | (S)-3d | 0 | CH2Cl2 | 85 | 20/1 | 83 |
5 | (S)-3d | 0 | PhCH3 | 85 | 20/1 | 91 |
6 | (S)-3d | 25 | PhCH3 | 90 | 8/1 | 92 |
7 | (S)-3d | 25 | EtOAc | 87 | 7/1 | 89 |
8 | (S)-3d | 25 | Et2O | 89 | 12/1 | 84 |
a反应条件: 1a (0.1 mmol), 2a (0.105 mmol), 酸催化剂3 (5 mmol%); b分离产率; c通过1H NMR测定; d较多含量组分4aa的ee值. |
表 2 多种吲哚苄基醇与多种吲哚丙烯酸酯的反应结果a
Table 2. Results for the reactions of indole benzylic alcohols with α, β-unsaturated esters
Entry | R1 | R2 | 产物 | 产率b/% | dr 4/5c | eed/% |
1 | H | H | 4aa, 5aa | 85 | 20/1 | 91 |
2 | H | 5-Br | 4ab, 5ab | 83 | 10/1 | 88 |
3 | H | 5-CN | 4ac, 5ac | 76 | 09/1 | 92 |
4 | H | 6-F | 4ad, 5ad | 89 | 09/1 | 89 |
5 | H | 5-Me | 4ae, 5ae | 59 | 11/1 | 74 |
6 | H | 6-OMe | 4af, 5af | 59 | 14/1 | 79 |
7 | OMe | H | 4ba, 5ba | 91 | >20/1 | 62 |
8 | OMe | 5-Br | 4bb, 5bb | 86 | >20/1 | 84 |
a反应条件: 1 (0.1 mmol), 2 (0.105 mmol), 酸催化剂(S)-3d (5 mmol%), 甲苯2 mL, 0 ℃反应; b分离产率; cdr用1H NMR测定; d较多含量组分4的ee值. |