【JOC】最新进展!醛酮和醇直接还原醚化!可合成大位阻醚!底物范围极广(89 种底物)

醚键广泛存在于药物、农用化学品和精细化学品中,然而传统及现有合成方法存在诸多不足。经典方法威廉姆森醚合成Williamson’s ether synthesis)易发生 E₂消除,不适合位大阻醇; Mitsunobu 反应无法适用于位阻醇和大规模合成,且会伴随醇中心的立体化学反转。过渡金属催化法,虽可构建 C-O 键,但脂肪族或位阻醇底物易发生 β- 氢消除,生成副产物。

2017年,Morandi 团队利用 CDMS(二甲基氯硅烷)作为还原剂和路易斯酸,实现酮与醇的还原偶联,但底物限于酮 - 醇组合,位阻体系收率中等,且缺乏复杂分子应用;Seidel 团队通过硫脲有机催化与 HCl/TMDS 联用,虽官能团耐受性好,但底物仅局限于简单分子,缺乏三级醇和复杂天然产物 / 药物相关底物的应用。

近期,Sumit Pareek等人报道了一种高效、无金属且可规模化还原醚化方法,利用二甲基氯硅烷(CDMS)和催化量的 Schreiner 硫脲合成位阻较大的醚类化合物。该反应依赖于原位生成的 HCl 和硫脲,通过阴离子结合催化活化羰基,形成氧鎓离子中间体,并通过氢转移构建醚键。该方法已验证具有广泛的底物范围(89 种底物)和优异的官能团耐受性,包括甾体、萜类、肽类的复杂醚合成,以及利托那韦的后期修饰。【J. Org. Chem. 2026, 91, 649–655

反应条件优化

选择 4 - 氯苯甲醛(1)和 1 - 金刚烷醇(2)为模型底物,系统筛选催化剂、溶剂及反应条件。

Morandi 条件下,该模型反应收率仅 5%,即使将 CDMS 用量提升至 4 当量,收率也仅 15%;

Seidel 条件下,0.6 当量 4.0 M HCl / 二氧六环体系中无产物生成,6 当量 HCl 时收率仅 15%;

本文优化条件:5 mol% Schreiner 硫脲为催化剂、CDMS 为还原剂(原位生成 HCl)、二氯甲烷为溶剂,反应 pH 控制在 2-3(HCl 气体泄漏会终止反应),模型产物收率达 75%,显著优于现有方法。

底物范围与应用拓展

该方法展现出极广的底物适用性和优异的官能团耐受性(涵盖烯烃、炔烃、酯基等),成功实现 89 种底物的醚化反应。

三级醇:叔丁醇(5)与氯苯甲醛反应收率 76%;含 α- 炔基的三级醇(6、7)与富电子 / 缺电子苯甲醛均能高效反应;高位阻的 1 - 金刚烷醇(8、4)成功实现醚化,突破传统方法对位阻醇的限制。

二级醇:2 - 金刚烷醇(9、10)、含 β- 季碳中心的冰片(11,与对氯苯甲醛反应收率 80%)、含 bulky β- 异丙基的 L - 薄荷醇(12、13,无外消旋化,保持非对映选择性,收率优异);此外,2 - 辛醇(14)、2 - 羟基苄基丁酸酯(15)、炔丙醇衍生物(16)及不同环大小的环状二级醇(17-21)均能高效反应。

醛底物:脂肪醛(环状及无环,22-25)、一级醇均能顺利转化;

酮类底物:传统还原醚化中因亲电性低更具挑战性。芳香酮(55-58)与伯 / 仲醇高效偶联;2-丁酮与环己醇、冰片、2-金刚烷醇(59-61)成功反应;位阻拥挤的金刚烷酮(62-65)、环庚酮(66-69)及绿色溶剂 Cyrene(70)均能转化,收率优于现有方法。

甾体、萜类:甾体酮(71-75,睾酮衍生物 71 收率 70%,α,β- 不饱和烯烃被还原);胆固醇与氯苯甲醛(76,收率 94%)、对甲苯甲醛(77,收率 97%)反应;桦木酸(78、79,含敏感酯基和烯烃)、表雄酮 / 孕烯醇酮衍生物(80-83)、保留烯酮结构的睾酮衍生物(84、85)、18β- 甘草次酸(86、87)、薯蓣皂苷元(88、89)均成功醚化(部分醛类底物存在 7-10% 二聚,酮类反应极少二聚,无羰基还原副产物)。

肽类:N-Cbz-L - 丝氨酸酯转化为苄基醚(90、91,收率良好)。

药物后期修饰:HIV 蛋白酶抑制剂利托那韦在羟基位点区域选择性烷基化,产物 92 收率 70%。

克级合成:L - 薄荷醇和胆固醇的克级反应中,使用 5 mol% 催化剂 3a,产物收率分别为 90% 和 87%,与小试效率一致;催化剂可近定量回收,复用后活性无损失,具备规模化应用潜力。

反应机理

通过 ¹H NMR 对照实验,提出如下合理机理:

1、氢键供体(HBD)催化剂(Schreiner 硫脲)羰基化合物形成复合物 II;

2、CDMS与羰基反应生成硅基化中间体,同时原位生成 HClHCl 与硅基化醛、硫脲催化剂形成复合物 III显著增强羰基碳的亲电性

3、作为亲核试剂高效进攻羰基碳,形成四面体物种 IV

4、硅氧基发生质子化,脱去硅醇后生成氧鎓离子 V,该中间体与硫脲 - 氯离子形成接触离子对(阴离子结合作用是增强羰基衍生物亲电性的关键);

5、二甲基硅醇转移氢化物至氧鎓离子 V,生成目标醚产物 P,催化剂再生;副产物为不稳定的二甲基硅酮(B1),经后处理水解为二甲基硅二醇(B2)或低聚为稳定硅氧烷结构。

作者开发了一种利用 Schreiner 硫脲和氯二甲基硅烷实现羰基化合物与未活化 1°、2°、3° 醇的通用高效的还原醚化反应。这种无金属策略可高效合成位阻较大及结构复杂的醚类化合物,具有广泛的底物范围和优异的官能团耐受性,且能避免取代、消除和差向异构化副反应。

参考资料:A General Method to Access Sterically Hindered and Complex Ethers;Sumit Pareek, Pavan Mandadi, and Someswara Rao Sanapala*;J. Org. Chem. 2026, 91, 649–655;https:///10.1021/acs.joc.5c02710