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研究背景
1-芳基-1,3-二醇是制藥工業(yè)的重要合成砌塊。它們是多種藥物合成的關(guān)鍵中間體,包括依折麥布(治療高血膽固醇)、達(dá)泊西汀(早泄)、托莫西汀(注意力缺陷多動(dòng)障礙)和度洛西?。ㄖ囟纫钟艉徒箲]障礙)
圖1. 1-芳基-1,3-二醇合成的相關(guān)藥物
目前的合成1-芳基-1,3-二醇是使用有機(jī)催化對(duì)映選擇性反應(yīng)來(lái)獲得。Antilla及其同事報(bào)道了一種使用2,4,6-三異丙基衍生的CPA(稱為TRIP13)的烯丙基硼化醛的高對(duì)映選擇性方法。
圖2. TRIP及PS-TRIP結(jié)構(gòu)
幾年后,負(fù)載催化劑(PS-TRIP)作為一種高度可回收的有機(jī)催化劑成功地應(yīng)用于對(duì)映選擇性烯丙基硼化反應(yīng)。
與傳統(tǒng)的間歇式工藝相比,全流程連續(xù)工藝具有更高的生產(chǎn)率、更易于放大和減少浪費(fèi),對(duì)于多步合成光學(xué)活性靶標(biāo)特別有用。
歐洲著名連續(xù)專家,奧地利Graz 大學(xué) C. Oliver Kappe 教授團(tuán)隊(duì)基于之前在手性 API 及其高級(jí)中間體的流動(dòng)合成方面的工作成效,將 PS-TRIP 催化的不對(duì)稱烯丙基硼化與所得手性烯烴的選擇性環(huán)氧化合并,為光學(xué)活性 1,3-二醇開(kāi)辟一個(gè)簡(jiǎn)單有效的方法。
實(shí)驗(yàn)探索過(guò)程大揭秘
Kappe團(tuán)隊(duì)從易得的非手性醛出發(fā),制備富含對(duì)映體的環(huán)氧醇5,然后可以很容易地將其轉(zhuǎn)化為所需的手性二醇1。
圖3. 非手性醛制備手性二醇
作者精心選擇反應(yīng)條件,通過(guò)工藝優(yōu)化,消除了任何色譜純化的需要,便于大規(guī)模合成。
PS-TRIP催化劑對(duì)不對(duì)稱烯丙基硼酸酯化活性的探索
作者使用苯甲醛2a和烯丙基硼酸酯3的溶液,使用泵以每個(gè)100 μL/min的流速,進(jìn)入含有0.8 g負(fù)載催化劑的填充床反應(yīng)器混合反應(yīng),停留的時(shí)間約為 ~15 分鐘。
圖4. 不對(duì)稱烯丙基硼酸酯化活性的探索
最終選擇以R-雙-3,5-二三氟甲基苯基脯氨醇三甲基硅基醚(1)為催化劑,用二氯甲烷作為溶劑進(jìn)行連續(xù)合成研究。
作者優(yōu)化了溶劑以及底物的濃度,目的是使整個(gè)過(guò)程更加環(huán)保,最終作者使用0.15 M的底物濃度的甲苯溶劑中,以97%的收率和90% ee值獲得烯烴4a。
工藝過(guò)程研究
作者探索了隨后環(huán)氧化的各種策略:
2.1 間歇條件篩選
表1. 環(huán)氧化釜式研究
過(guò)氧化氫作為氧化劑導(dǎo)致所需的手性醇(5a)過(guò)氧化為相應(yīng)的酮6a,(entry 1);
二甲基二環(huán)氧乙烷(DMDO),由丙酮和Oxone(2KHSO5· KHSO4·K2SO4)在緩沖水溶液中顯示出高轉(zhuǎn)化率和選擇性(entry 2),但涉及與甲苯的混溶性問(wèn)題;
為了避免可能影響流動(dòng)反應(yīng)性的溶解度問(wèn)題,作者評(píng)估了有機(jī)過(guò)酸。市售的過(guò)氧乙酸(PAA)溶液顯示出高選擇性,但轉(zhuǎn)化率低(entry 3和4)。
Kappe團(tuán)隊(duì)最終選擇了間氯苯甲酸(mCPBA)作為環(huán)氧化劑。在4.0當(dāng)量的mCPBA存在下,實(shí)現(xiàn)了出色的轉(zhuǎn)化和選擇性環(huán)氧化,使其成為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的首選氧化劑(entry 5?7)。
2.2 連續(xù)流研究
作者使用簡(jiǎn)單的盤管反應(yīng)器將mCPBA選擇性環(huán)氧化轉(zhuǎn)移到連續(xù)流中,確保在85°C下停留時(shí)間~10 min內(nèi)轉(zhuǎn)化率為≥90%(詳見(jiàn)表S2)。實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱烯丙基硼化和環(huán)氧化連續(xù)合成,獲得高效、穩(wěn)定的手性化合物。
表2. 連續(xù)流研究結(jié)果
經(jīng)過(guò)逐步優(yōu)化,結(jié)果顯示:
將PS-TRIP催化的苯甲醛(2a)的不對(duì)稱烯丙基硼化反應(yīng)和隨后的環(huán)氧化在伸縮流序列中相結(jié)合,以獲得環(huán)氧醇(5a);
在填充床反應(yīng)器的下游,mCPBA進(jìn)料起著雙重作用;
除了作為環(huán)氧化劑外,它還淬滅任何未反應(yīng)的烯丙基頻哪醇酯,從而防止在未完成烯丙基硼化的情況下發(fā)生外消旋背景反應(yīng);
在反應(yīng)器的出口,作者將反應(yīng)器的出口引導(dǎo)到攪拌后的 Na2S2O5 溶液中以安全地淬滅任何多余的氧化劑;
所得的產(chǎn)物不需要任何色譜純化,只需要簡(jiǎn)單的酸/堿萃取就可以獲得足夠純度的手性化合物。
在最優(yōu)條件下,作者進(jìn)行了7個(gè)小時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行,并且根據(jù)每小時(shí)的反應(yīng)液樣品采集和分析作者發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化率或?qū)τ尺x擇性沒(méi)有降低。
2.3 全連續(xù)合成的反應(yīng)底物拓展
在上述研究的基礎(chǔ)上,作者進(jìn)行了底物拓展研究。
圖5. 全連續(xù)合成的反應(yīng)底物拓展
作者嘗試分別使用4-氟苯甲醛和2-噻吩甲醛作為底物的全連續(xù)合成依折麥布和度洛西汀的潛在前體;
在與合成3a相同的條件下,醛2b在連續(xù)穩(wěn)定3小時(shí)運(yùn)行,分別以90%產(chǎn)率和92%ee獲得環(huán)氧醇5b,以及99%產(chǎn)率和66%ee的烯烴4c。
為了說(shuō)明環(huán)氧化物 5 在合成 1-芳基-1,3-二醇 1 中的適用性,作者還在酸性介質(zhì)中對(duì)環(huán)氧化物 5a 進(jìn)行了開(kāi)環(huán),從而高產(chǎn)率的獲得了二醇 1的前體三醇 7a(圖6)。
圖6. 作者還在酸性介質(zhì)中對(duì)環(huán)氧化物 5a 進(jìn)行了開(kāi)環(huán)
作者開(kāi)發(fā)了一種全流程連續(xù)流動(dòng)工藝,使用固定化CPA催化對(duì)映選擇性烯丙基硼化作為關(guān)鍵步驟,然后使用mCPBA選擇性烯烴環(huán)氧化,無(wú)過(guò)渡金屬催化方法,以高收率和對(duì)映體控制的方式獲得三醇 7 和二醇 1;
與傳統(tǒng)的間歇式工藝相比,全流程連續(xù)工藝具有更高的生產(chǎn)率、更易于放大和減少浪費(fèi);
該工藝全流程連續(xù)流動(dòng)工藝能夠穩(wěn)定運(yùn)行,無(wú)需任何色譜純化即可獲得了手性環(huán)氧化物5;
與早期方法相比,該連續(xù)流工藝的累積停留時(shí)間為<30分鐘,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于釜式生產(chǎn)過(guò)程,大大提高了生產(chǎn)效率。
參考文獻(xiàn):
J. Org. Chem. 2023, 88, 15523?15529
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