Alkylidene carbene, a reaction intermediate that drew synthetic chemists’ interest, is known to undergo synthetically useful chemical transformations such as 1,2-migration and 1,5 C-H insertion. However, generation of Trimethylenemethane (TMM) diyl, which is equally intriguing as the other reactions, was underexplored. Pioneering works by Lee group developed several TMM diyl-mediated tandem cyclization methods by preparing alkylidene carbene from various sources. However, their methods were limited by either strongly basic or pyrolytic conditions. In order to solve this problem, we explored a novel, mild generation method for alkylidene carbene species by utilizing silyl vinyl iodides and tetramethyl ammonium (TMAF). Through this study, we also discovered an unprecedented mechanistic insight that cyclopropanation reaction of alkylidene carbene with olefin is actually reversible under ambient temperature.
Angular triquinane, a family of sesquiterpene natural products, is known for its angularly fused tricyclic structure. While many members of the family such as isocomene and pentalenene were thoroughly synthesized and studied by the chemical society, the actual structures of the several members of the family are still ambiguous. In this study, we attempted to synthesize three members of such angular triquinanes and verify their structures.
Pethybrene was a new sesquiterpene hydrocarbon that was isolated by Kőnig from the essential oil of rhizomes of Petasites hybridus in 2002. While König assigned the natural product’s angularly fused structure via NMR studies, the following computational study by Kutateladze and Kuznetsov in 2017 proposed a completely different hydrocarbon bearing 6-5-5 tricyclic scaffold. In this study, we achieved total synthesis of both putative and revised structures by utilizing pauson-khand reaction and Pirrung’s previously reported synthetic pathway of isocomene. By comparing the 13C-NMR chemical shifts of both structures, it was concluded that pethybrene was actually the revised structure of 6-5-5 tricyclic hydrocarbon.
Silphinene was isolated from silphinum perfoliatum by Bohlmann and Jakupovic in 1980. Its angularly fused triquinane structure was originally assigned via 1H NMR Spectroscopy of the original compound and those of oxidized products. While several total syntheses of the natural product were already achieved, none of the report was asymmetric. In order to verify its absolute chemistry, several synthetic pathways utilizing TMM diyl-mediated tandem cyclization as a key step was investigated.
Schizandene, a new sesquiterpene hydrocarbon bearing an angularly fused triquinane, was reported in 2015. schizandene was reported. While its one-dimensional NMR spectroscopy clearly implied that the natural product was a single stereoisomer, the stereochemistry of the methyl group remains undetermined. In order to verify its structure, we designed a divergent synthetic pathway for both diastereomers.
알킬리덴 카벤은 합성 화학자들의 관심을 끈 반응 중간체로, 합성적으로 유용한 1,2-자리옮김 반응이나 1,5 탄소-수소 삽입반응으로 잘 알려져 있다. 하지만, 알킬리덴 카벤에서 트라이메틸렌메테인 (TMM) 다이일을 생성하는 반응은 다른 반응들만큼 합성적으로 흥미로우나, 비교적 연구가 덜 되어있다. Lee 그룹의 선구적인 연구를 통해, 지난 10여년동안 다양한 알킬리덴 카벤 생성법을 활용한 다이일의 탠덤 고리화 반응이 보고된 바가 있다. 하지만 이 접근법들은
강한 염기성 혹은 고온 조건을 필요로 하며, 그로 인한 한계가 존재한다. 이에 우리는 실릴 바이닐 아이오다이드 그리고 플루오린화 테트라메틸암모늄을 활용해, 온건한 반응조건 하에서알킬리덴 카벤을 생성하는 방법을 개발해 이를 해결하고자 했다. 그리고 이번 연구를 통해, 우리는 알킬리덴 카벤과 올레핀 사이의 사이클로프로판화 반응이 상온에서 가역적인 평형을이루고 있다는 보고된 적 없는 현상을 발견하였다.
각형(Angular) 트리퀴난은 세스퀴터펜 천연물의 한 부류로, 세 개의 연속적인 오각형 고리를지닌 구조로 널리 알려져 있다. 이 부류에 속하는 아이소코민, 펜탈리넨 등의 많은 천연물들이 이미 화학자들에 의해 합성되고 연구된 바가 있지만, 그럼에도 몇몇 각형 트리퀴난들의 실제 구조는 아직 불명확하다. 이에 우리는 세 가지 각형 트리퀴난을 합성하고, 그들의 구조를 규명하고자 했다.
페티브린(Pethybrene)은 2002년, Kőnig와 연구진들이 페타시테스 하이브리더스(Petasiteshybridus)라는 식물의 뿌리에서 추출한 탄화수소이다. Kőnig는 핵자기공명 스펙트럼을 통해 이 천연물의 구조를 각형 트리퀴난으로 제안했으나, 2017년에 발표된 Kutateladze 와 Kuznetsov의 후속연구는 계산화학을 통해 페티브린의 구조를 6-5-5 삼중고리구조를 지닌 화합물이라 제안했다. 이에 우리는 Pauson-Khand 반응과 Pirrung의 아이소코민 합성과정을 참고해, 이들 두 가지 구조를 합성했다. 합성된 분자들의 탄소(13C) 핵자기공명 스펙트럼의 화학이동(Chemical shift)을 비교한 결과, Kutateladze 와 Kuznetsov가 제안했던 구조가 페티브린의 실제 구조였음을 알 수 있었다.
실피넨(Silphinene)은 Bohlmann과 Jakupovic에 의해 1980년, 실피넘 퍼폴리아텀(Silphium perfoliatum)이라는 식물에서 추출된 탄화수소이다. Bohlmann은 해당 천연물질과 그 산화물들의 핵자기공명 스펙트럼을 분석한 결과, 각형 트리퀴난 구조를 제안하였다. 많은 연구진들이 실피넨의 전합성을 보고하였으나. 이들 연구에서 실피넨은 모두 라셈 혼합물로 합성되었다. 이에 우리는 트라이메틸렌메테인 다이일을 활용한 실피넨의 비대칭 전합성을 통해, 해당 천연물의 절대입체화학(Absolute stereochemistry)을 규명하고자 하였다.
쉬잔딘(Schizandene)은 2015년에 보고된, 각형 트리퀴난 구조를 지닌 세스퀴터펜 천연물이다. 일차원 핵자기공명 스펙트럼을 통해 단일 생성물임은 규명되었으나, 메틸기 하나의 입체화학은 판명되지 않은 상태이다. 이에 우리는 양쪽 부분입체이성질체를 합성하는 발산적(divergent) 합성 경로를 고안하여, 쉬잔딘의 입체화학을 규명하고자 하였다.
