雍勝利

(包頭師范學(xué)院化學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭014030)

兩種鈀試劑在天然產(chǎn)物全合成中的應(yīng)用*

雍勝利

(包頭師范學(xué)院化學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭014030)

本文主要介紹了1981年以前兩種鈀試劑:PdCl2/CuCl/O2體系氧化烯烴到甲基酮以及Pd (OAc)2/PPh3體系催化1，3－丁二烯與親核試劑的調(diào)聚反應(yīng)在天然產(chǎn)物全合成中應(yīng)用。利用這兩種鈀試劑合成了天然產(chǎn)物Matsutake alcohol(松茸醇)、Lipoic acid(硫辛酸)、diplodialide、lasiodiplodin、Zearalenone(玉米烯酮)、12－acetoxy－1，3－dodecadiene、cis－Civetone、Recifeiolide、Royal jelly acid、2，15－h(huán)exadecanedione。

鈀化合物;天然產(chǎn)物全合成;調(diào)聚反應(yīng);分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)

1 引言

二十世紀(jì)八十年代以前，鈀試劑促進(jìn)的各種有機(jī)反應(yīng)相繼被發(fā)現(xiàn)，特別是鈀試劑作為催化劑在有機(jī)合成中所起的作用越來(lái)越被有機(jī)化學(xué)家們所認(rèn)可［1］。在許多鈀試劑催化的有機(jī)反應(yīng)中，有兩類(lèi)反應(yīng)在有機(jī)合成中較為重要。第一類(lèi)反應(yīng)是將烯烴氧化為羰基化合物，典型的Wacker氧化法就是利用PdCl2/CuCl2/O2為催化劑，工業(yè)上將乙烯氧化為乙醛［2］，利用該法還可以選擇性地將高級(jí)烯烴的末端雙鍵氧化為甲基酮類(lèi)化合物(eq.1)［3］。J.Tsuji小組發(fā)現(xiàn)［4］，利用PdCl2/CuCl/O2體系而不是PdCl2/CuCl2/O2體系在DMF或甲醇中，也可以將末端雙鍵氧化為甲基酮類(lèi)化合物，因而末端雙鍵可以看作是潛在的甲基酮。第二類(lèi)反應(yīng)是Pd (OAc)2/PPh3體系催化1，3－丁二烯與親核試劑的調(diào)聚反應(yīng)［5，6］，在這種調(diào)聚反應(yīng)中1，3－丁二烯的二聚過(guò)程與加入的各種親核試劑(如:水、羧酸、氨、胺、烯胺、硝基烷烴和含有活潑亞甲基的化合物等)反應(yīng)得到高產(chǎn)率的調(diào)聚物(eq.2)。

J.Tsuji小組發(fā)現(xiàn)這種三官能團(tuán)的調(diào)聚物作為起始原料可以合成各種簡(jiǎn)單的天然產(chǎn)物。本文介紹該組以1，3－丁二烯的調(diào)聚物作為起始原料以及Wacker型氧化反應(yīng)作為關(guān)鍵合成步驟在天然產(chǎn)物全合成中應(yīng)用。

2 乙酰氧基辛二烯類(lèi)化合物的應(yīng)用

1，3－丁二烯與乙酸發(fā)生調(diào)聚反應(yīng)高產(chǎn)率地得到化合物乙酰氧基辛二烯1和2，

其中由調(diào)聚物2可以制備最簡(jiǎn)單的具有芳香氣味的天然產(chǎn)物Matsutake alcohol 6(松茸醇)［7］(scheme 1)。1，7－辛二烯－3－醇(3)與1mol HAlBu2反應(yīng)得到烷氧基鋁的化合物4，既保護(hù)了羥基又增大了鄰位雙鍵的位阻，接著在催化量Cp2TiCl2存在下用LiAlH4選擇性還原位阻較小的雙鍵得到中間體產(chǎn)物5，隨后水解高產(chǎn)率地得到松茸醇6。醇(3)也可作為起始原料合成Lipoic acid(硫辛酸)11［8］而不用改變碳原子數(shù)目，先硼氫化末端雙鍵得到三元醇7，縮醛保護(hù)1，3－二醇得到產(chǎn)物8，再將端醇氧化為酸9，通過(guò)已知的轉(zhuǎn)換反應(yīng)將1，3－二醇轉(zhuǎn)換為1，3－二硫醇10，用FeCl3氧化二硫醇即可得到硫辛酸11(scheme 2)。由調(diào)聚物1作為起始原料制備大環(huán)內(nèi)酯化合物diplodialide B 15［9］，首先將調(diào)聚物1轉(zhuǎn)化為四氫吡喃醚，并用PdCl2/CuCl/O2體系將末端雙鍵氧化為甲基酮12，隨后將羰基還原為醇并用α－溴代乙酰溴轉(zhuǎn)化為α－溴代－乙酸酯13，水解脫保護(hù)，用CrO3將醇氧化為醛14［10］，最后以AlEt2Cl為活化劑，金屬鋅存在下發(fā)生分子內(nèi)的Reformatsky反應(yīng)以45%的產(chǎn)率得到diplodialide B 15(scheme 3)。也可由調(diào)聚物1合成十元大環(huán)內(nèi)酯化合物20和21，同樣末端雙鍵先被PdCl2/CuCl/O2體系氧化為甲基酮16，烯丙基醋酸酯經(jīng)水解得到烯丙醇，再經(jīng)CCl4/PPh3體系轉(zhuǎn)化為烯丙基氯，還原羰基為醇得到產(chǎn)物17，用苯硫基乙酰氯將醇17酯化得到化合物18，再以(Me3Si)2NK作為堿發(fā)生分子內(nèi)的烷基化反應(yīng)以71%的產(chǎn)率得到不飽和大環(huán)內(nèi)酯19，再經(jīng)過(guò)Raney Ni脫去苯硫基得到飽和十元大環(huán)內(nèi)酯化合物20，經(jīng)過(guò)氧化消除得到α，β－不飽和十元大環(huán)內(nèi)酯化合物21(scheme 4)。同樣大環(huán)內(nèi)酯化合物L(fēng)asiodiplodin 25也可由相同策略合成，酯23經(jīng)由醇17與酰氯22反應(yīng)得到，該酯在(Me3Si)2NK作為堿的條件下發(fā)生分子內(nèi)的烷基化反應(yīng)以40%的產(chǎn)率得到不飽和大環(huán)內(nèi)酯24，再經(jīng)過(guò)Raney Ni脫去苯硫基并還原雙鍵得到飽和十元大環(huán)內(nèi)酯化合物L(fēng)asiodiplodin 25(scheme 5)。Zearalenone 34(玉米烯酮)是苔蘚酸類(lèi)型的大環(huán)內(nèi)酯化合物，它可由調(diào)聚物2，通過(guò)一系列轉(zhuǎn)變制備。烯丙醇26氧化為烯酮27，再與丙二酸酯發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)以70%的產(chǎn)率得到二酯化合物28，HMPA中加熱除去一個(gè)酯基，將酮羰基保護(hù)起來(lái)得到化合物29，再將酯羰基還原為醇并轉(zhuǎn)化為對(duì)甲苯磺酸酯，用PdCl2/CuCl/O2體系氧化為甲基酮30，對(duì)甲苯磺酸酯轉(zhuǎn)化為碘代物，酮羰基還原為醇得到化合物31，化合物31與化合物22發(fā)生酯化反應(yīng)得到酯32，同樣以(Me3Si)2NK為堿發(fā)生分子內(nèi)的烷基化反應(yīng)以50%的產(chǎn)率得到大環(huán)內(nèi)酯33，接著氧化脫去苯硫基，并除去縮酮得到玉米烯酮的二甲醚34(scheme 6)。

Scheme 1:Synthesis of Matsutake alcohol 6

Scheme 2:Synthesis of Lipoic acid 11

Scheme 3:Synthesis of diplodialide B 15

Scheme 4:Synthesis of ten－membered lactones 20 and 21

Scheme 5:Synthesis of Lasiodiplodin 25

Scheme 6:Synthesis of Zearalenone 34

3 烯丙基醋酸酯和烯丙基苯基醚的消除反應(yīng)

J.Tsuji小組也發(fā)現(xiàn)，100℃時(shí)，烯丙基醋酸酯和烯丙基苯基醚在Pd(OAc)2/PPh3體系下都能發(fā)生消除反應(yīng)得到共軛二烯烴(必須除去生成的苯酚與醋酸)［11］。

當(dāng)烯丙基醋酸酯和烯丙基苯基醚在Pd(OAc)2/PPh3作催化劑條件下與烷基甲酸銨反應(yīng)，還原消除苯酚與醋酸得到烯烴，有趣的是不論是1－烷氧基還是3－烷氧基烯烴發(fā)生消除反應(yīng)后得到的產(chǎn)物都是以末端烯烴為主。

利用Pd(OAc)2/PPh3體系的這一性質(zhì)，合成了展葉松夜蛾的信息素12－乙酰氧基－1，3－十二碳二烯40。丁二烯與苯酚發(fā)生調(diào)聚反應(yīng)得到8－苯氧基－1，6－辛二烯35，醇36a可以通過(guò)選擇性硼氫化反應(yīng)得到，將醇轉(zhuǎn)化為對(duì)甲苯磺酸酯后再用NaI轉(zhuǎn)化為碘代物36b，碘代物36b與格式試劑37在THF中以CuI/Bipyr.為催化劑發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)以80%的產(chǎn)率得到苯基烯丙基醚38，在Pd(OAc)2/PPh3體系下化合物38以71%的產(chǎn)率轉(zhuǎn)化為共軛二烯39，隨后水解、乙酰化后得到產(chǎn)物12－acetoxy－1，3－dodecadiene 40(scheme 7)。

Scheme 7:Synthesis of 12－acetoxy－1，3－dodecadiene 40

4 硝基烷烴調(diào)聚物的反應(yīng)

室溫下，1，3－丁二烯與硝基烷烴在Pd(OAc)2/PPh3催化下發(fā)生調(diào)聚反應(yīng)得到硝基烷烴中活潑氫被辛二烯鏈依次取代的產(chǎn)物［12］。

硝基乙烷的調(diào)聚物用來(lái)合成天然存在的十二元環(huán)內(nèi)酯Recifeiolide 45［13］，比較化合物41和45后發(fā)現(xiàn)，化合物41內(nèi)部雙鍵的構(gòu)型是反式符合最終產(chǎn)物的構(gòu)型，并且硝基容易通過(guò)Nef反應(yīng)(MeONa/TiCl4)轉(zhuǎn)化為羰基，將羰基用縮酮保護(hù)后，末端雙鍵用LiAlH4/TiCl4選擇性還原后經(jīng)過(guò)碘淬滅反應(yīng)得到碘代物，水解去保護(hù)并將羰基還原為醇42，再用苯硫基乙酰氯和醇42作用得到化合物43，接著用(Me3Si)2NK為堿發(fā)生分子內(nèi)的烷基化反應(yīng)以75%的產(chǎn)率得到大環(huán)內(nèi)酯44，最后用Raney Ni脫去苯硫基以80%產(chǎn)率得到Recifeiolide 45(scheme 8)。

Scheme 8:Synthesis of Recifeiolide 45

9－硝基－1，6，11，16－十七碳四烯46，是1，3－丁二烯與硝基甲烷發(fā)生調(diào)聚反應(yīng)后的另外一個(gè)產(chǎn)物，該化合物有十七個(gè)碳原子并且碳鏈中間連有硝基。靈貓酮二羧酸49，是制備cis－靈貓酮54的前體化合物，它可以通過(guò)下列合成方法在不改變碳原子數(shù)的前體下合成?；衔?6的硝基通過(guò)Nef反應(yīng)(MeONa/H2SO4)轉(zhuǎn)化為羰基，并用縮酮將其保護(hù)，末端雙鍵用9－BBN選擇性硼氫化反應(yīng)，內(nèi)部雙鍵直接氫化得到化合物48，將端醇氧化得到靈貓酮二羧酸49，將二酸酯化后，通過(guò)偶姻縮合反應(yīng)以65%的產(chǎn)率得到化合物51，再將二酮轉(zhuǎn)化為二腙52，在吡啶中用O2/CuCl氧化為炔53，最后通過(guò)Lindler催化劑催化加氫得到cis－靈貓酮54 (scheme 9)［14］。

Scheme 9:Synthesis of civetone 54

Pd(OAc)2/PPh3體系下，1，3－丁二烯在醇溶液中與CO發(fā)生羰基化反應(yīng)高產(chǎn)率地得到3，8－壬二烯酸酯55［15］。2－壬烯二酸57(王漿酸)［16］可通過(guò)化合物55的羰基化反應(yīng)合成(scheme 10)。以Co2(CO)8/pyridine體系為催化劑發(fā)生羰基化反應(yīng)后得到主要產(chǎn)物56，以KOH的醇溶液水解二酯得到水解和雙鍵遷移的結(jié)晶化合物57?；衔?5的末端雙鍵用PdCl2/CuCl/O2體系氧化為甲基酮58，隨后將雙鍵加氫還原，并將酯基水解得化合物8－氧代壬酸59，再通過(guò)Kolbe電解高產(chǎn)率地得到二酮化合物60，然后發(fā)生分子內(nèi)的環(huán)化反應(yīng)并還原雙鍵得到產(chǎn)物麝香酮62(scheme 11)［17］。從55合成化合物Brevicomin也可用同樣方法完成［18］。

Scheme 10:Synthesis of 2－decenedioic acid 57

Scheme 11:Synthesis of muscone 62

5 總結(jié)

J.Tsuji小組研究了兩種不同鈀試劑在一些簡(jiǎn)單天然產(chǎn)物全合成中的應(yīng)用，首先將末端雙鍵用PdCl2/CuCl/O2體系氧化為甲基酮，然后發(fā)生分子內(nèi)的關(guān)環(huán)反應(yīng)得到了一些大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)化合物，為合成這一類(lèi)天然產(chǎn)物開(kāi)辟了新途徑。又用Pd(OAc)2/PPh3體系催化1，3－丁二烯與親核試劑的調(diào)聚反應(yīng)，合成了一些其它類(lèi)型的大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)化合物，極大拓寬了鈀試劑在天然產(chǎn)物全合成中的應(yīng)用范圍。

［1］J.Tsuji，Organic Syntheses with Palladium Compounds［M］. Berlin:Springer Verlag，1980.

［2］J.Smidt，W.Hafner，R.Jira，R.Sieber，J.Sedlmeier and A.Sabel，Metal π－Complexes with Di－and Oligo－olefinic Ligands［J］Angew.Chem.Intern.Ed.，1962，1:80－88.

［3］W.H.Clement and C.M.Selwitz，Improved Procedures for Converting Higher α－Olefins to Methyl Ketones with Palladium Chloride［J］.J.org.Chem.，1964，29:241－243.

［4］J.Tsuji，I.Shimizu and K.Yamamoto，R.D.Smith.Convenient general synthetic method for 1，4－and 1，5－diketones by palladium catalyzed oxidation of α－allyl and α－3－butenyl ketones［J］.Tetrahedron Letters，1976:2975－2976

［5］J.Tsuji，Adddition teactions of butadiene catalyzed by palladium complexes［J］.Acc.Chem.Res.，1973:6，8－15.

［6］J.Tsuji，“Advances in Organometal.Chem.”Vol.17，Academic Press［M］.New York，N.Y.，1979:141－193.

［7］J.Tsuji，T.Mandai，A simple synthesis of 1－octen－3－ol (Matsutake alcohol)by the titanium－catalyzed highly selective reduction of the butadiene telomere with LiAlH4［J］. Chem.Lett.1977:975－976.

［8］J.Tsuji，H.Yasuda，and T.Mandai，Synthesis of dl－alpha.－lipoic acid from a butadiene telomer［J］.J.Org.Chem.，1978，43:3606－3607.

［9］T.Ishida and K.Wada，A steroid hydroxylase inhibitor，diplodialide A from Diplodia pinea［J］.Chem.Commun. 1975:209－210.

［10］J.Tsuji and T.Mandai，Simple synthesis of diplodialides from a butadiene telomere［J］.Tetrahedron Lett.1978:1817－1820

［11］J.Tsuji，T.Yamakawa，M.Kaito，and T.Mandai，F(xiàn)ormation of a terminal conjugated diene system by the palladium catalyzed elimination reaction of allylicacetates and phenyl ethers［J］.Tetrahedron Lett.，1978:2075－2078.

［12］T.Mitsuyasu and J.Tsuji，Palladium－catalyzed addition of butadiene to nitroalkanes［J］.Tetrahedron，1974，30:831－834.

［13］J.Tsuji，T.Yamakawa，and T.Mandai.Application of allylpalladium intermediate to a simple stereoselextive synthesis of (±)－11－h(huán)ydroxy－trans－8－dodecenoic acid，a precursor of naturally occurring macrolide from cephalosporium recifei［J］. Tetrahedron Lett.，1978:565－568.

［14］J.Tsuji and T.Mandai，Synthesis of cis－Civetone from a butadiene telomere［J］.Tetrahedron Lett.，1977:3285－3286.

［15］J.Tsuji，Y.Mon1 and M.Hara，Carbonylation of butadiene catalyzed by palladium－phosphine complexes［J］.Tetrahedron，1972，28:3721－3725.

［16］J.Tsuji and H.Yasuda，Synthesis of 2－decenedioic acid (royal jelly acid)by sequential carbonylation of butadiene catalyzed bphoaphine comliex and dicobalt octacarbonyl［J］.J.Organometal.Chem.，1977，131:133－135.

［17］J.Tsuji，M.Kaito，Y.Yamada，and T.Mandai，A simple synthetic method for 2，15－h(huán)exadecanedione from a butadiene telomere［J］.Bull.Chem.Soc.Jpn.，1978，51:1915－1916.

［18］N.T.Byron，R.Grigg，and B.Kongathip，Catalytic synthesis of endo－brevicomin and related di－and tri－oxabicyclo［x.2.1］systems［J］.Chem.Comm.，1976:216－217.

Palladium Compounds in Natural Products Synthesis

YONG sheng－li
(Department of Chemistry，Baotou Teachers’College;Baotou 014030)

This article mainly discusses two important palladium catalyzed reactions，namely oxidation of olefins to methyl ketones with PdC12/CuC1/02 system，and telomerization of butadiene with nucleophiles catalyzed by Pd(OAc)2/PPh3are used in key steps of natural products synthesis.Syntheses of Matsutake alcohol，lipoicacid，diplodialide，lasiodiplodin，zearalenone，12－acetoxy－1，3－dodecadiene，cis－civetone，recifeiolide，royal jelly acid，2，15－h(huán)exadecanedione are described.

Palladium commpounds;Total synthesis of natural products;Telomerization;Intramolecular cyclization reaction

O643.32

A

1004－1869(2014)01－0013－07

2013－12－10

包頭師范學(xué)院教改項(xiàng)目(BSJG12024)

雍勝利(1972－)，男，內(nèi)蒙古阿拉善左旗人，副教授，研究方向:天然產(chǎn)物全合成。