新型3,3′-吡咯雙螺環氧化吲哚類化合物的有機催化不對稱合成

張 敏, 王關煉, 劉雄利, 田民義

(貴州大學 貴州省藥食同源植物資源開發工程技術研究中心，貴州 貴陽 550025)

3,3′-吡咯雙螺環氧化吲哚類化合物因其具有獨特的結構和生物活性，吸引了藥物化學工作者廣泛的研究[1-6]，在生物制藥領域有重要應用價值。因此，不對稱催化合成一系列具備潛在活性的氧化吲哚衍生物，可以為生物活性篩選提供物質基礎，對藥物的篩選和制藥行業具有重要的應用價值。最近，袁偉成課題組報道的3-異硫氰氧化吲哚(1)，作為一個非常優秀的3C合成子，在合成3,3′-吡咯螺環氧化吲哚類化合物有廣泛的應用[7-14]。目前，還沒有采用經濟易得的有機奎寧作為催化劑，不對稱催化1和3-烯氧化吲哚(2)發生Michael加成環化反應，高效合成3,3′-吡咯雙螺環氧化吲哚類化合物的報道。

Scheme 1

本文以1與2，奎寧作為有機催化劑，在二氯甲烷溶劑中室溫條件下發生Michael加成環化反應，獲得12個未見文獻報道的3,3′-吡咯雙螺環氧化吲哚類化合物(3a～3l, Scheme 1)，收率81%～92%，ee值86%～>99%，dr值7/1～>20/1,其結構經1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI-TOF)表征。通過培養3c和3j單晶，確定其絕對構型。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

WRS-1B型數字熔點儀；Bruker-400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標);MicroTMQ-TOF型高分辨質譜儀。

奎寧催化劑，分析純，阿拉丁試劑公司；其余所用試劑均為分析純。

1.2 3a～3l的合成(以3a為例)

在反應管中依次加入3-異硫氰氧化吲哚1a 40.8 mg(0.2 mmol)， 3-烯氧化吲哚2a 77.7 mg(0.3 mmol)和10 mL干燥的二氯甲烷溶液，奎寧催化劑6.5 mg(0.02 mmol, 10 mol%)，攪拌下反應30 min(TLC檢測)。經硅膠柱層析[洗脫劑：V(石油醚)/V(乙酸乙酯)=3/1]純化得3a 99.9 mg。

用類似的方法合成3b～3l。

2 結果與討論

2.1 合成

表1為合成反應條件的優化。由表1可見，二氯甲烷作溶劑效果最好，30 min內能反應完全，收率達91%，立體選擇性也最好(89%ee和20/1dr)。在極性溶劑乙醇中，立體選擇性最差，降低到34%ee和7/1dr。有少量副產物產生。降低溫度未見ee值出現明顯變化。

表1 反應條件的優化Table 1 Optimization of reaction conditions

圖1 化合物3c和3j的單晶結構

Figure 1 Single crystal structure of compounds 3c and 3j

Scheme 2

2.2 化合物3c和3j的單晶結構

在無水乙醇溶劑中對化合物3c和3j進行單晶培養，經XRD分析確證白色晶體3c(CCDC: 1961579)和3j(CCDC: 1961580)的結構。圖1為化合物3c和3j的單晶結構圖。由圖1可知，化合物3c屬正交晶系，P212121空間群，晶胞參數a=8.63850(10) ?，b=16.33100(10) ?，c=20.9638(2) ?，α=β=γ=90°；化合物3j屬單斜晶系，P21空間群，晶胞參數a=14.85974(17) ?，b=11.35535(12) ?，c=18.3875(2) ?，α=γ=90°，β=101.4670(12)°。

2.3 反應機理

基于實驗結果和文獻[9-14]報道，推測可能的反應機理如Scheme 2所示：1在有機奎寧催化劑的堿性條件下，氧化吲哚3-位進攻2的β-位，首先發生Michael加成反應，中間體在奎寧催化劑的活化下，再發生分子內環化反應，得目標產物3,3′-吡咯雙螺環氧化吲哚類化合物3(2′R, 3′S, 4′R)。

以奎寧為有機催化劑，在二氯甲烷溶劑中發生Michael加成環化反應，不對稱催化合成了12個未見文獻報道的3,3′-吡咯雙螺環氧化吲哚類化合物，并確定3c和3j的絕對構型為(2′R, 3′S, 4′R)。該類化合物骨架含有連續3個立體中心，兩個螺環季碳中心，有望作為生物活性分子。