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你不知道的 “Tsunoda试剂” ---Mitsunobu反应不要只会用DIAD/DEAD了

Mitsunobu反应在烷基醇的取代反应中用得非常普遍,是构建碳杂键非常有效的方法之一。本期我们首先来复习一下Mitsunobu反应:

反应特点

  1.  伯醇和仲醇都可以进行Mitsunobu反应,仲醇手性翻转,叔醇不反应;

  2. 亲核试剂质子的pKa值必须小于甜菜碱式中间体(betaineintermediate)的pKa 值(~13)最全核磁溶剂残留峰和PKa table等学习进阶资料】,否则亲核试剂的质子不能被中间体夺取;

  3. 氧亲核试剂主要产物为酯和醚,硫亲核试剂主要得到硫醚,氮亲核试剂常见的有酰亚胺,羟胺,杂环氮和叠氮酸;

  4. 可以进行分子内反应,三元、四元、五元、六元和七元环醚和环胺可以用此反应制备;

  5. 此反应也可以生成碳碳键,亲核试剂主要是活性亚甲基化合物,如β-二酮,β-酮酸酯等等,但β-二酯活性达不到;

  6. 用酰卤,卤化锌或卤化锂作为卤离子源,可以把醇转化为相应的卤化物;

  7. 低极性的溶剂有利于反应,通常用四氢呋喃,乙醚,二氯甲烷和甲苯作为溶剂,有时候乙酸乙酯,乙腈和DMF也用作溶剂;

  8. 反应温度通常在0℃到25℃之间,底物的位阻较大的反应温度也要提高;

  9. 投料顺序至关重要,首先应当将亲核试剂,底物,三苯基膦溶解于适当的溶剂当中,比如四氢呋喃(或者乙醚等),冷至零度,然后将DEAD缓慢滴加,最后在室温下搅拌。

    若反应不完可以升温到室温或者继续加热进行。另外一种投料方式,是将三苯基膦和DEAD先于溶剂中搅拌,再将底物和亲核试剂依次溶剂加入。

1994年,Tsunoda教授首次报道了氰基亚甲基三正丁基膦试剂(CMBP),并运用于Mitsunobu反应中,后来被称为Tsunoda试剂或Tsunoda反应,结构如下图所示。Tetrahedron Letters. 1994, 35, 5081-5082.

设计理念:

根据Mitsunobu反应中的中间体zwitter ions (B),中间体B的碱性决定了Mitsunobu反应中可以使用酸(H-A)的酸性。中间体B能够拔去亲核试剂(H-A)中的质子,才能生成亲核性的负离子(A-),继而发生后续的取代反应,若不能发生去质子化则不能反应。而Tsunoda试剂发生反应的中间体是phosphorous ylides(A),同样,中间A碱性决定了Tsunoda反应中可以使用酸(H-A)的酸性。根据相关实验和PKa表,中间体A的碱性强于中间体B的碱性,所以Tsunoda反应中所使用的亲核试剂的酸性可以比相应的Mitsunobu反应中亲核试剂的酸性更弱,也就是亲核试剂的PKa值可以更大。

通过对三种不同酸性的亲核试剂的对比可以看出,CMBP体系优于TMAD体系优于DEAD体系。

后来,也有人将其应用到吡唑与伯醇的Mitsunobu反应中,原料4在常规Mitsunobu反应条件下是不能反应的,但使用CMBP体系就可以顺利得到产物,再一锅法进行Suzuki偶联反应。org/10.1016/j.tetlet.2018.03.045

总结一下:在Mitsunobu反应中,偶氮二甲酸酯的烷基体积越小,反应结果相对越好;当遇到亲核试剂酸性较弱或使用二级醇取代时,可以尝试CMBP体系;室温下不反应可以尝试加热(CMBP比三苯基膦更抗热)。

本期介绍的Tsunoda试剂可以将亲核试剂的PKa值扩展至大于12,往后大家在做Mitsunobu反应时,不要只会使用DIAD/PPh3, DEAD/PPh3了,不妨考虑一下CMBP。

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