Photocycloaddition in Natural Product Synthesis

Iriondo-Alberdi, Jone; Greaney, Michael F.

doi:10.1002/ejoc.200700239

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“…The solution was extracted with water, the organic and aqueous layers were separated, and the aqueous layer was extracted with CH 2 Cl 2 . The combined organic phase was dried over MgSO 4 1,150.7,128.2,126.2,126.0,125.1,117.4,48.6,47.2,40.8,37.8,33.2,28.7,25.9;IR (neat) …”

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confidence: 99%

“…[2,3] Herein we present an as yet unexplored concept for enantioselective photochemical reactions, which is based on the use of chiral Lewis acids. After some optimization we have now found a chiral cationic oxazaborolidine catalyst, which enables enantioselective intramolecular [2+2] photocycloaddition [4] reactions of 4-alkenyl-substituted coumarins. Our preliminary results are disclosed herein.…”

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Enantioselective Lewis Acid Catalysis in Intramolecular [2+2] Photocycloaddition Reactions of Coumarins

2010

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Despite increasing efforts in recent years, new methods for the enantioselective formation of chiral compounds by photochemical methods remain rare. The high energy content of an excited photosubstrate results in low activation barriers for further transformations and in rapid relaxation pathways. It is therefore intrinsically difficult to activate a photoexcited compound by a catalyst. Attempts to attain significant enantioselectivities by the use of circularly polarized light have seen little success.[1] Currently, the most frequently used method to achieve catalytic enantioselective photochemical reactions in solution relies on chiral sensitizers, which work by electron or energy transfer. [2,3] Herein we present an as yet unexplored concept for enantioselective photochemical reactions, which is based on the use of chiral Lewis acids. After some optimization we have now found a chiral cationic oxazaborolidine catalyst, which enables enantioselective intramolecular [2+2] photocycloaddition [4] reactions of 4-alkenyl-substituted coumarins. Our preliminary results are disclosed herein.In 1989, Lewis and Barancyk reported that the [2+2] photocycloaddition of 2,3-dimethyl-2-butene to coumarin (1), [5] which is inefficient in the absence of an additive, was promoted by BF 3 ·OEt 2 .[6] By employing 50 mol % of the Lewis acid, product 2 was obtained in 57 % yield upon irradiation in a Pyrex apparatus with a mercury mediumpressure lamp for five hours. Similar reactions were conducted with other alkenes and-based on photochemical and photophysical data-the enhanced reactivity of complexed over uncomplexed coumarin was attributed to its increased singlet-state lifetime and electrophilicity. The observation of catalytic Lewis acid activity in the [2+2] photocycloaddition stimulated the idea to use chiral Lewis acids to achieve an enantioselective process. In search for an optimum Lewis acid catalyst, [7] the irradiation of coumarin in the presence of 2,3-dimethyl-2-butene was performed in CH 2 Cl 2 with different Lewis acids at l = 366 nm (Scheme 1). Without a Lewis acid no reaction was observed after five hours, while 50 mol % of BF 3 ·OEt 2 gave under these conditions a yield of 33 %. The most active catalyst among the tested Lewis acids was found to be AlBr 3 , which promoted an almost complete conversion and a high yield (97 %) of the isolated product 2.Considering the possibility of an enantioselective Lewis acid promoted photochemical reaction it was assumed that Lewis acid coordination was weak and that the association/ dissociation of the coumarin substrate was relatively fast. An intramolecular [2+2] photocycloaddition consequently seemed best suited to achieve high enantioselectivity because the enantioselectivity-determining bond-formation step is more rapid than in an intermolecular reaction. 4-(Pent-4-enyl)coumarin (5) was chosen as a test substrate and was readily prepared from commercially available 4-hydroxycoumarin (3). Conversion into triflate 4 [8] was followed by a Negishi cross-coupling to give the ...

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Enantioselective Lewis Acid Catalysis in Intramolecular [2+2] Photocycloaddition Reactions of Coumarins

2010

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“…[8] We report herein on the first enantioselective total synthesis of (+)-meloscine, which employs a template-controlled [2+2] photocycloaddition as one of the key steps. [9] Retrosynthetic disconnection of the natural product led us from intermediate 2, which had already been used in racemic form by Overman et al, to the tetracyclic ester 3, which offered a variety of possibilities for the construction of the quaternary stereogenic center at C5. [10] The plan to construct the stereogentic center at C19 by reductive amination and to introduce the exocyclic double bond by a carbonyl olefination resulted in the hypothetical 1,2-diketone 4 as a formal intermediate, which was to be derived from a [2+2] photocycloaddition product of the known quinolone 5.…”

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Enantioselective Total Synthesis of the Melodinus Alkaloid (+)‐Meloscine

2008

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“…Der entstehende Ring ist bei der [2+ +2]-Photocycloaddition ein gespannter Vierring (Cyclobutan), der zahlreiche Optionen füre ine Weiterfunktionalisierung bietet. [2,3] Die photochemisch anregbare Komponente bei der [2+ +2]-Photocycloaddition ist häufig eine cyclische a,b-ungesättigte Carbonylverbindung,d eren olefinische Doppelbindung die Reaktion mit einem geeigneten Alken entweder intermolekular oder intramolekular eingeht. Durch das Einbinden in einen Zyklus wird vermieden, dass im angeregten Zustand eine E/Z-Isomerisierung zur Desaktivierung führt.…”

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Brønsted‐Säure‐Katalyse der [2+2]‐Photocycloaddition von Enondithianen bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht

2017

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Die intramolekulare [2+ +2]-Photocycloaddition von Enonen, deren Carbonylgruppe als 1,3-Dithian geschützt ist (Enondithiane), gelang unter Verwendung einer Brønsted-Säure (7.5-10 Mol-%) mit sichtbarem Licht (l = 405 nm). Entscheidend fürd en Erfolg der Reaktion ist vermutlichd ie Bildung von farbigen Thioniumionen, die Intermediate des Katalysezyklus sind. Als Produkte werden in sehr guten Ausbeuten (78-90 %) Cyclobutane erhalten. Es wird gezeigt, dass die Dithianeinheit reduktiv oder oxidativ entfernt werden kann, ohne das photochemisch aufgebaute Ringgerüst zu beeinträchtigen.Von allen photochemischen Reaktionen kommt der [2+ +2]-Photocycloaddition die grçßte synthetische Bedeutung zu. [1] Sie ermçglicht den gleichzeitigen Aufbau von zwei C-C-Bindungen und von bis zu vier stereogenen Zentren. Damit ähnelt sie der thermischen [4+ +2]-Cycloaddition, der DielsAlder-Reaktion, die einen ähnlich hohen Anstieg der Komplexitäte rlaubt. Der entstehende Ring ist bei der [2+ +2]-Photocycloaddition ein gespannter Vierring (Cyclobutan), der zahlreiche Optionen füre ine Weiterfunktionalisierung bietet. [2,3] Die photochemisch anregbare Komponente bei der [2+ +2]-Photocycloaddition ist häufig eine cyclische a,b-ungesättigte Carbonylverbindung,d eren olefinische Doppelbindung die Reaktion mit einem geeigneten Alken entweder intermolekular oder intramolekular eingeht. Durch das Einbinden in einen Zyklus wird vermieden, dass im angeregten Zustand eine E/Z-Isomerisierung zur Desaktivierung führt. Die Konjugation mit einer Carbonylgruppe ermçglicht eine direkte langwellige Anregung,d ie bei Cycloalkenonen (Enonen) typischerweise in einem Bereich von l abs = 300-350 nm erfolgt (Schema 1). [4] Kürzlich konnten wir zeigen, dass die langwellige Absorption von typischen Enonen durch Komplexierung mit einer Lewis-Säure intensiver wird.[5] Diese Beobachtung steht im Einklang mit früheren Untersuchungen, die über ein ähnliches Verhalten bei Cumarinen und anderen a,b-ungesättigten b-Aryl-substituierten Carbonylverbindungen berichteten.[6] Der Grund fürd ie Erhçhung ist eine bathochrome Verschiebung der kurzwelligen pp*-Absorption.[5c] Dadurch wird es mçglich, mit chiralen Lewis-Säuren [2+ +2]-Photocycloadditionen enantioselektiv durchzuführen. [5,7,8] Aufd er Suche nach Substraten, die keine nennenswerte langwellige Absorption aufweisen, die aber nach Aktivierung mit einer Säure eine starke bathochrome Verschiebung zeigen, haben wir Enone getestet, deren Carbonylgruppe in ein 1,3-Dithian überführt wurde (Enondithiane). Das mutmaßlich durch Protonierung entstehende Thioniumion sollte im sichtbaren Bereich anregbar sein (l abs > 380 nm) [9] und damit eventuell eine Brønsted-Säure-katalysierte [2+ +2]-Photocycloaddition eingehen. Eine Hintergrundreaktion sollte komplett vermieden werden. Wirb erichten hier über erste Ergebnisse unserer Studien.In Voruntersuchungen wurden die UV/Vis-Spektren von cyclischen S,S-Acetalen des 3-(4-Pentenyl)-cyclohex-2-enons gemessen. Dabei zeigte sich, dass erwartungsgemäßk eine signifikante Absorption...

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Photocycloaddition in Natural Product Synthesis

Abstract: Keywords: Natural products / Photochemistry / Cycloaddition / Total synthesis

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Enantioselective Lewis Acid Catalysis in Intramolecular [2+2] Photocycloaddition Reactions of Coumarins

Enantioselective Lewis Acid Catalysis in Intramolecular [2+2] Photocycloaddition Reactions of Coumarins

Enantioselective Total Synthesis of the Melodinus Alkaloid (+)‐Meloscine

Brønsted‐Säure‐Katalyse der [2+2]‐Photocycloaddition von Enondithianen bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht

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