In-Cage Recombination Facilitates the Enantioselective Organocatalytic [1,2]-Rearrangement of Allylic Ammonium Ylides

化学 烯丙基重排 西格玛反应 叶立德 对映选择合成 均分解 药物化学 亲核细胞 光化学 立体化学 催化作用 有机化学 激进的
作者
Will C. Hartley,Kevin Kasten,Mark D. Greenhalgh,Taisiia Feoktistova,Henry R. Wise,Jacqueline Laddusaw,Aileen B. Frost,Sean Ng,Alexandra M. Z. Slawin,Bela E. Bode,Paul Ha‐Yeon Cheong,Andrew D. Smith
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c14516
摘要

The [1,2]-rearrangement of allylic ammonium ylides is traditionally observed as a competitive minor pathway alongside the thermally allowed [2,3]-sigmatropic rearrangement. Concerted [1,2]-rearrangements are formally forbidden, with these processes believed to proceed through homolytic C–N bond fission of the ylide, followed by radical–radical recombination. The challenges associated with developing a catalytic enantioselective [1,2]-rearrangement of allylic ammonium ylides therefore lie in biasing the reaction pathway to favor the [1,2]-reaction product, alongside controlling a stereoselective radical–radical recombination event. Herein, a Lewis basic chiral isothiourea facilitates catalytic [1,2]-rearrangement of prochiral aryl ester ammonium salts to generate unnatural α-amino acid derivatives with up to complete selectivity over the [2,3]-rearrangement and with good to excellent enantiocontrol. Key factors in favoring the [1,2]-rearrangement include exploitation of disubstituted terminal allylic substituents, cyclic N-substituted ammonium salts, and elevated reaction temperatures. Mechanistic studies involving 13C-labeling and crossover reactions, combined with radical trapping experiments and observed changes in product enantioselectivity, are consistent with a radical solvent cage effect, with maximum product enantioselectivity observed through promotion of "in-cage" radical–radical recombination. Computational analysis indicates that the distribution between [1,2]- and [2,3]-rearrangement products arises predominantly from C–N bond homolysis of an intermediate ammonium ylide, followed by recombination of the α-amino radical at either the primary or tertiary site of an intermediate allylic radical. Electrostatic interactions involving the bromide counterion control the facial selectivity of the [1,2]- and [2,3]-rearrangements, while the sterically hindered tertiary position of the allylic substituent disfavors the formation of the [2,3]-product. These results will impact further investigations and understanding of enantioselective radical–radical reactions.
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