sp³-sp³ 碳-碳键的构建是合成有机化学的核心内容,已开发多种交叉偶联策略。醇作为偶联伙伴具有储量丰富、易于处理的优势,因此醇的偶联方法备受关注,尤其是二级醇的偶联可实现立体选择性控制的 sp³-sp³ 键形成。传统方法存在显著局限:已报道的二级甲磺酸盐立体专一烷基化需预活化步骤;常规 依赖 P (III)/P (V) 转化,需使用重氮二甲酸酯等危险氧化剂,其毒性及副产物肼难以去除,会产生下游废物;虽有 Toy、Taniguchi 等团队开发的催化 Mitsunobu 反应可循环重氮羧酸盐,但尚未实现该催化体系下的碳-碳键形成反应。

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近期,英国诺丁汉大学 Ross M. Denton课题组 报道了一种利用醇与碳负离子亲核试剂立体专一性构建 sp³-sp³ 碳-碳键的方法。该过程基于循环磷 (V) 中间体,以三苯基氧膦为起始和终止物质。这种氧化还原中性策略无需使用危险的重氮二甲酸酯氧化剂,且允许三苯基氧膦的回收与循环利用。醇的活化通过原位生成烷氧基三氟甲磺酸鏻盐实现,该中间体动力学稳定,并能与外源碳负离子亲核试剂发生偶联。通过这种方式,一系列醇发生脱氧烷基化反应,实现构型翻转,收率从中等到优异不等。【

Org. Lett.
2025, https://doi.org/10.1021/acs.orglett.5c04289 】

反应机理

反应以三苯基氧膦为起始和终止物质,形成环状活化循环。

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关键机理如下:

1、三苯基氧膦草酰氯三氟甲磺酸钠(NaOTf)存在下被活化,首先生成氯鏻盐(A),随后通过反离子复分解转化为三氟甲磺酸鏻盐(B);

2、三氟甲磺酸鏻盐(B)与醇原位反应生成烷氧基三氟甲磺酸鏻盐(C),其含非亲核性三氟甲磺酸根反离子,可抑制竞争的 Appel 脱氧氯化反应

3、烷氧基三氟甲磺酸鏻盐(C)与外源碳负离子亲核试剂发生立体专一性亲核取代反应,实现构型翻转的脱氧烷基化。

该反应的优势在于:氧化还原中性,无需危险氧化剂;三苯基氧膦可回收循环;烷氧基三氟甲磺酸鏻盐动力学稳定,为亲核取代提供了可行中间体。

条件优化

竞争反应研究 以醇 A1 为模型底物,在无添加剂时,与草酰氯活化三苯基氧膦生成的氯鏻盐反应,室温下 5 小时后分离得到 50% 的烷基氯(Appel 反应主导);【】

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加入 3.00 当量丙二酸二乙酯钠(碳负离子亲核试剂)后,得到 29% 的烷基化产物 4a 和 36% 的烷基氯 2,证明偶联可行但效率低。

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添加剂筛选与中间体表征 筛选三氟甲磺酸钠、三氟甲磺酸银等多种盐类添加剂后,确定 2.50 当量三氟甲磺酸钠效果最佳,成功从模型醇 A1 制备并分离表征了烷氧基三氟甲磺酸鏻盐 5a;进一步将其转化为硼酸鏻盐 5b,通过 X 射线分析完成结构表征。

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优化反应条件 在无水氩气氛围下,以模型醇 A2 与丙二酸二乙酯钠为底物,优化后实现 Appel 反应的完全抑制,产物 4b 的分离收率达 83%,对映体过量(e.e.)为 91%,且以构型翻转的立体异构体为主。

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底物适用范围

醇类底物范围 二级醇,兼容多种官能团,包括苄基(4a)、砜(4d)、炔基(4g)、呋喃基(4h)、硅基(4i),所有案例均保持优异对映体过量;无官能团的直链(4e)和环状(4f)二级醇、高苄基底物(4c、4j、4o)均耐受,且无烯烃副反应生成。一级醇,含酰胺(4p)、酯(4q)、吡啶基(4r)官能团的一级醇可顺利偶联;含卤醇中,5 - 氯 - 1 - 戊醇活化偶联生成 4m,无竞争取代或消除反应;5 - 溴 - 1 - 戊醇生成 4n,但因溴离子的竞争亲核性存在二烷基化副产物。

不适用底物: 大位 阻醇(如 L - 薄荷醇)、苄基醇(1 - 茚满醇、1 - 苯乙醇)倾向于发生消除反应,无法实现目标偶联。

亲核试剂范围:双 (苯磺酰基) 甲烷钾、丙二腈钠反应效果良好,分别得到产物 4k、4l;甲基丙二酸二乙酯钠可生成含季碳的产物 4t,收率高达 91%;乙酰乙酸乙酯钠得到产物 4s,但收率中等。

无效亲核试剂:格氏试剂因 Schlenk 平衡原位生成卤化镁,导致 Appel 副产物主导;简单烯醇盐(如乙酸乙酯锂烯醇盐)无法实现偶联。

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循环性验证: 为证实反应的环状循环特性,通过反应制备产物 4j,色谱纯化后收率为 54%,同时回收得到 96% 的分析纯三苯基氧膦;将回收的三苯基氧化膦再次用于制备产物 4o,分离收率无损失,证明该磷 (V) 中间体的循环利用可行性。

本文描述了一种立体专一性醇脱氧烷基化方法。该反应通过中断的 Appel 反应进行,能够原位生成动力学稳定的烷氧基三氟甲磺酸鏻盐,这些盐可与碳亲核试剂发生亲核取代反应,以立体控制的方式生成烷基化产物。我们的方法无需单独的活化步骤(即无需合成和分离烷基卤或拟卤),同时避免了传统 P (III)/P (V) Mitsunobu 反应偶联所需的高能重氮二甲酸酯氧化剂。该方法对结构多样的一级和二级醇均具有耐受性,包括含酰胺、酯和卤素官能团的醇,可支持下游官能化反应的进行。

参考资料:Stereospecific Coupling of Alcohols and Carbanion Nucleophiles through a Circular P(V) Activation Manifold;Isabel L. Wood, Stephen P. Argent, and Ross M. Denton*;

Org. Lett.
2025,

https://doi.org/10.1021/acs.orglett.5c04289。

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