View Article Online View Journal

ChemComm Accepted Manuscript

This article can be cited before page numbers have been issued, to do this please use: J. Wu, D. Wang, Y. Wan and C. Ma, Chem. Commun., 2015, DOI: 10.1039/C5CC09137C.

This is an Accepted Manuscript, which has been through the Royal Society of Chemistry peer review process and has been accepted for publication. Accepted Manuscripts are published online shortly after acceptance, before technical editing, formatting and proof reading. Using this free service, authors can make their results available to the community, in citable form, before we publish the edited article. We will replace this Accepted Manuscript with the edited and formatted Advance Article as soon as it is available. You can find more information about Accepted Manuscripts in the Information for Authors. Please note that technical editing may introduce minor changes to the text and/or graphics, which may alter content. The journal’s standard Terms & Conditions and the Ethical guidelines still apply. In no event shall the Royal Society of Chemistry be held responsible for any errors or omissions in this Accepted Manuscript or any consequences arising from the use of any information it contains.

www.rsc.org/chemcomm

ChemComm Accepted Manuscript

Please do not adjust margins  ChemComm

Page 1 of 4

View Article Online

DOI: 10.1039/C5CC09137C

Journal Name  COMMUNICATION 

Published on 01 December 2015. Downloaded by University of Toronto on 03/12/2015 01:00:28.

Rhodium‐Catalyzed Tunable Oxidative Cyclization toward the  Selective Synthesis of α‐Pyrones and Furans  Received 00th January 20xx,  Accepted 00th January 20xx 

Jiaping Wu, Dongxu Wang, Yanjun Wan, and Cheng Ma* 

DOI: 10.1039/x0xx00000x 

 

www.rsc.org/ 

The rhodium(III)‐catalyzed tunable oxidative cyclization of readily available N‐tosylacrylamides and diazo compounds is presented, which offeres a novel method for the selective construction of fully substituted α‐pyrones and furans in a regiospecific manner by employing acylsulfonamide groups as a versatile in situ removable directing group.

a) Oxidative annulation of N-benzoylsulfonamide with Isocyanide by Zhu and Falck O O NTs H

cat. [Cp*RhLn ]

RNC

NTs

oxidant s

N R b) Olefinic C- H alkynylation of N-tosylacrylamides by Loh and co-wor kers O R1

During the past decades, the directing‐group‐assisted method  has become as a pivotal strategy for transition‐metal‐catalyzed  C−H  bond  func onaliza on  to  produce  diversely  substituted  molecules.1 In this context, the rhodium(III)‐mediated tandem  oxidative  C–H  functionalization/cyclization  reactions,  typically  involving  the  directing  group  (DG),  offer  a  promising  tool  for  the  construction  of  various  heterocycles.2,3  While  a  large  numbers  of  DGs  allow  for  this  class  of  transformations,  the  development  of  in  situ  convertible  poly‐functional  DGs4  is  worthy  of  special  attention  on  behalf  of  diversity‐oriented  synthesis.5  It  has  been  noticed  that  this  class  of  DGs  not  only  enhance  the  efficiency4b  of  metal‐catalyzed  direct  C−H  bond  activation  but  also  provide  several  straightforward  access  to  structurally  complex  and  diverse  molecules  by  cleaving  their  N−O,6 N−N,7 or C−N8 bonds, albeit usually containing worthless  fragments of the DGs used.  The  acylsulfonamide  group,  a  bioisostere  of  carboxylic  acid  in  medicinal  chemistry,9  has  recently  been  found  capable  of  promoting  several  transition‐metal‐catalyzed  directed  C–H  bond functionalization reactions.10 For instance, Zhu and Falck  in 2011 presented the rhodium‐catalyzed oxidative annulation  of N‐benzoylsulfonamides and isocyanides through arene C–H  bond  activation  (Scheme  1a).10b  In  2014,  Loh  and  co‐workers  notably  achieved  the  olefinic  C−H  alkynylation  of  acrylamides  (Scheme 1b).10g Among these, the acylsulfonamide  group  was  regarded as a weakly coordinating DG and rendered somewhat  superiority  in  C−H  activation  comparing  with  other  reported  DGs. As a part of our continuing efforts in N‐tosylacrylamide  

+

H

O NHTs

+

I

O R1

TIPS

NHTs

cat. [Cp*RhLn]

O

 

H

TIPS

c) Tunable C-C or C-N cleavages of acylsulfonamides for annulations (this work) O O O R1 R1 cat. [Cp*RhLn] O N2 NHTs or + R3 wit hout or with 2 4 2 R R3 R H CO2R exter nal oxidants CO2R4

R1

O

R3

R2

Scheme 1 Acylsulfonamide‐assisted RhIII‐catalyzed C−H functionalization. 

CO2R4

 

chemistry,11 herein we wish to report an unexpected rhodium‐ catalyzed  tunable  oxidative  cyclocondensation  of  readily  available  N‐tosylacrylamides  and  diazo  compounds,  providing  access to the selective synthesis12 of full‐substituted α‐pyrones  and  furans  (Scheme  1c).  In  this  protocol,  the  acylsulfonamide  groups formally serve as either an oxidizing DG6 or a traceless  DG13 for the directed insertion of carbenoides14 into vinyl C–H  bonds,15 respectively, through unprecedented in situ C–N and  C–C cleavage under mild conditions.16  Our initial studies were devoted to the expendient synthesis  of N‐tosyl acrylamides 1, which were commonly prepared from  their  carboxylic  acid  precursors.10f‐h  To  our  delight,  using  our  previously  developed  method  for  the  assembly  of  eneyne‐ imides  (1,  R2  =  alkynyl),11b  a  series  of  acrylamides  1  could  be  easily  synthesized  from  simple  aldehydes,  terminal  alkynes,  and  tosyl  azide  in  good  yields  with  high  stereoselctivities  by  using tBuOLi as the base instead (Scheme 2 and ESI†). 

+

R2CHO

R1

+

TsN3

CuI (10 mol%) Et4 NI (10 mol%) tBuOLi (3.0 equiv) 25 o C, CH2 Cl 2 then NH4Cl ( aq)

Scheme 2 Synthesis of N‐tosylacrylamides 1. 

This journal is © The Royal Society of Chemistry 20xx 

O R1 R2

NHTs

1 R1, R2 = alkyl, (hetero)aryl 71-90% yield (tr ans/cis > 95:5)

 

J. Name., 2013, 00, 1‐3 | 1  

Please do not adjust margins 

Please do not adjust margins  ChemComm

Page 2 of 4

Journal Name 

The coupling of N‐tosylacrylamide 1a and diazoacetoacetate  2a was then investigated in methanol at 60 °C under N2 (Table  1). While no product formation was observed in the absence of  any  catalysts,  the  use  of  [Cp*RhCl2]2  (2.5  mol%)  produced  α‐ pyrone 3aa in 98% yield (Table 1, entries 1 and 2). Interestingly,  the  acylsulfonamide  group formally served  as an  oxidizing  DG  using  C−N  bond  as  an  internal  oxidant  without  any  need  of  additives,  while  known amide  DGs usually  required additional  acids.8d,14k  While  alcoholic  solvents  like  EtOH  and  tBuOH  lead  to a slight decrease in the product yield (Table 1, entries 3 and  4),  other  solvents  such  as  DCE,  PhMe,  CH3CN,  dioxane,  DMF,  and  THF  significantly  lowered  the  yield  of  3aa  (see  ESI†  for  details). Surprisingly, when 1.0 equiv of AgOAc was added, 3aa  and furan 4aa was isolated in 64% and 30% yield, respectively  (Table 1, entry 5). It was found that increasing the amounts of  AgOAc to 2.0 equiv could sharply raise the yield of 4aa to 61%  (Table 1, entry 6). Further attempts to improve the selectivity  to 4aa using a set of common oxidants including Ag2CO3, Ag2O,  and  Cu(OAc)2  proved  unsuccessful  (Table  1,  entries  7–9).  Gratifyingly, an extra addition of 10 mol% AgSbF6 allowed the  efficient formation of furan 4aa in 78% yield (Table 1, entry 10).  In contrast, in the absence of Rh catalysts, only trace amounts  of 3aa was formed without any detectable 4aa, suggesting that  both cationic rodium species and Ag salts are required for the  generation  of  furan  4aa  (Table  1,  entry  11).  Furthermore,  a  radical scavenge of 2,2,6,6‐tetramethylpiperidinyloxyl (TEMPO,  2 equiv) would completely forbid the formation of 4aa but still  forged  3aa  in  93%  yield,  hinting  that  a  radical‐mediated  conversion was presumably involved in the C−C bond cleavage  process leading to furan products (Table 1, entry 12).17  Substrate  scopes  of  the  RhIII‐catalyzed  oxidative  cyclization  to α‐pyrones 3 under redox‐neutral conditions were evaluated  (Scheme 3). A variety of N‐tosylacrylamides 1a–o underwent 

ChemComm Accepted Manuscript

Published on 01 December 2015. Downloaded by University of Toronto on 03/12/2015 01:00:28.

COMMUNICATION 

View OArticle Online O R

DOI: 10.1039/C5CC09137C R1

O

1

NHTs

+

N2

MeOH, 60 oC, 12 h, N2

CO2R4

R2 1

2

O

1

Ph CO2tBu

3aa R = Ph, 98% 3ba R1 = 4-MeOC6H4, 90% 3ca R1 = 4-FC6H4, 94% 3da R1 = 4-NO2C6H4, 90%

R2 CO2tBu O

O

O Ph

O

O O

O

O

Ph

Ph S

CO2tBu

CO2tBu

CO2tBu

MeO

3ma 95%

3la 97%

3ka 95% O Ph

O O

Ph

Ph

3oa 87%

O R3

Ph CO2R4

CO2Et

4

3ad R3 = Bu, 96% 3ae R3 = Ph, 86% 3af R3 = 4-ClC6H4, 83% 3ag R3 = 4-BrC6H4, 77% 3ah R3 = 4-NO2C6H4, 85%

3ab R = Et, 95%

O

3ac R4 = Me, 93%

S

O

Ph

O

Ph

O

O R3 CO2Me

CO2tBu 3na 83%

O Ph

O

CO2tBu

Ph

R3

3ea R2 = 2-MeC6H4, 90% 3fa R2 = 4-MeOC6H4, 93% 3ga R2 = 4-FC6H4, 85% 3ha R2 = 2,4-Cl2C6H3, 90% 3ia R2 = 4-BrC6H4, 86% 3ja R2 = 4-NO2C6H4, 92%

O Ph

O

S

R

2

CO2R4 3

O R1

O

2.5 mol% [Cp*RhCl2]2

R3

3ai R3 = 4-MeC6H4, 85% 3aj R3 = 4-FC6H4, 86% 3ak R3 = 4-ClC6H4, 81% 3al R3 = 4-BrC6H4, 77%

Ph

CO2Me Ph 3am 85%

Scheme 3 Substrate scopes for the formation of 3. 

MeO

O

CO2Et 3fb 96%

 

the  formal  [3  +  3]  cyclization  with  2a  smoothly  to  deliver  the  targeted products. Variation of R1 and R2 substituents showed  that the benzene rings with an electron‐dona ng group (−OMe)  or  an  electron‐withdrawing  group  (−NO2)  as  well  as  o‐methyl  were well tolerated, producing the desired α‐pyrones in 80‐98%  yield. The reaction conditions were compatible with Br and Cl  groups, which are useful handles for further manipulations via  transition‐metal‐catalyzed  coupling  reactions  (3ha  and  3ja).  The 2‐thienyl and 2‐naphthyl analogues could be employed to  afford  the  corresponding  products  (3ka,  3la,  and  3oa)  in  high  Table 1. Optimization of reaction conditionsa  yield.  Those  N‐tosylacrylamides  bearing  alkyl  or  cyclohexenyl  groups also showed good reactivity with synthetically excellent  yields (3ma and 3na). Meanwhile, the reaction of a wide range  of  diazo  compounds  (2a–m)  with  1a  was  tested.  Differential  substitution  on  the  ester  gave  the  desired  products  in  high    yield  (3ab and  3ac). Diazo substrates  containing a wide  scope  b Yield (%)  of  substituents  like  methyl,  butyl,  subsituted  phenyl,  and  2‐ Entry  Additive (equiv)  Solvent  3aa  4aa  thienyl  groups  had  no  problem  to  form  products  3ad–3am  in  c –  MeOH  –  –  1  77‐98%  yield.  Pyrone  3fb  bearing  four  different  substituents  2  –  MeOH  98  –  could easily be construrcted in excellent yield.  3  –  EtOH  92  –  The formal [2 + 3] cyclization to furans 4 via sequential C–H  4  –  tBuOH  90  –  and C–C cleavage was next investigated (Scheme 4). A set of N‐ 5  AgOAc (1.0)  MeOH  64  30  tosylacrylamides having various substituted aryl groups as the  6  AgOAc (2.0)  MeOH  33  61  R1/R2  groups  were  well  tolerated,  giving  the  desired  products  7  Ag2O (2.0)  MeOH  35  58  (4aa–4ja)  in  50‐78%  yield  along  with  some  corresponding  MeOH  40  45  8  Ag2CO3 (2.0)  9  Cu(OAc)2 (2.0)  MeOH  78  15  pyrone products 3. It was found that employing n‐hexyl group  10  AgOAc (2.0)/ AgSbF6  MeOH  13  78  as the R1 was also applicable to furnish 4ma (54%). Moreover,  c AgOAc (2.0)/ AgSbF6  MeOH 

Rhodium-catalyzed tunable oxidative cyclization toward the selective synthesis of α-pyrones and furans.

The rhodium(III)-catalyzed tunable oxidative cyclization of readily available N-tosylacrylamides and diazo compounds is presented, which offers a nove...
566B Sizes 0 Downloads 7 Views