Electroreductive Cleavage of C(sp 3 )–N Bonds in Saturated N -Carbonyl Heterocycles

化学 电泳剂 键裂 组合化学 异构化 部分 均分解 电化学 邻苯二甲酰亚胺 立体化学 吡咯烷 碎片(计算) 离子键合 氮丙啶 自由基离子 反应性(心理学) 亲电芳香族取代 氮杂环丁烷 光化学 功能群 亲核细胞 劈理(地质) 芳基 药物化学 分子 CCR5受体拮抗剂
作者
Roberto Buscemi,Pol Martínez-Balart,Diana Bura,Marina Díaz-Ruiz,Jaime Moreno-González,Erick M. C. Pinheiro,James J. Douglas,Cristina Trujillo,Giacomo E. M. Crisenza
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (11): 11925-11938
标识
DOI:10.1021/jacs.5c21454
摘要

Ring-opening C–N bond cleavage reactions provide an effective means to convert widespread, readily accessible chiral N -heterocycles into hard-to-attain stereodefined linear amines. Current strategies either rely on the strain-induced release of small aziridine and azetidine rings or, for larger ring systems, require highly electrophilic reagents, oxidative conditions, or preinstalled reactive functionalities to enable the ring-opening event. Recently, complementary radical strategies that exploit the reactivity of α-amino-ketyl radicals, formed upon single-electron transfer (SET) reduction of common N -carbonyl protecting groups, have emerged. Nevertheless, these methods facilitate the homolytic fragmentation only of up to 5-membered azacycles. In this study, we leveraged electroreductive conditions to switch the nature of the above C–N bond cleavage manifold from radical to ionic and enable the heterolytic ring-opening of a broad array of unstrained cyclic amines (comprising pyrrolidines, piperidines, azepines, azocanes, and N -macrocycles), protected as N -(thio)amides, carbamates, or ureas. Crucially, this electrochemically enabled reactivity switch grants complementary functional group compatibility and a broader ring size and N -carbonyl group scope. Computational and experimental studies indicate that electrochemical settings are crucial for generating the Mg(II)-Lewis acid catalyst, activating the N -carbonyl moiety while prompting the so-formed oxy-iminium ion intermediates to undergo two consecutive cathodic SET reductions, generating “umpoled” α-amino-α-oxy-carbanion species. These, via irreversible E1cB fragmentation of the adjacent C–N bond, lead to the desired ring-opened products. Our electrochemical procedure can be scaled up and miniaturized (enabling its application to high-throughput experimentation screening), and its synthetic utility has been demonstrated by accessing decorated stereodefined linear amides from stereochemically rich pyrrolidine and azepane derivatives.
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