对于合成化学家来说,大自然的复杂分子就像她的任何其他创造物一样美丽。对这种美的认知取决于对化学结构及其转化的理解,就像对一件珍贵艺术品一样,随着研究的深入,这种认知也会加深,甚至可能达到接近浪漫的程度。
Elias James "E.J." Corey是一位美国有机化学家。1990年,他因"开发了有机合成的理论和方法",特别是逆向合成分析,而获得诺贝尔化学奖。他被许多人认为是现存最伟大的化学家之一,开发了众多合成试剂、方法学和全合成,大大推进了有机合成科学的发展。
传记
E.J. Corey的姓氏从黎巴嫩阿拉伯语Khoury(意为牧师)英文化而来,他出生于麻萨诸塞州Methuen的黎巴嫩希腊正教会移民家庭,距Boston北部50 km 31 mi。他的母亲为了纪念在Corey出生后十八个月去世的父亲,给他改名为"Elias"。他的寡居母亲、兄弟、两个姐妹、姑姑和叔叔都住在一所宽敞的房子里,在大萧条期间艰难度日。作为一个年轻男孩,Corey性格独立,喜欢棒球、足球和登山等运动。他就读于一所天主教小学和麻萨诸塞州Lawrence的Lawrence高中。
16岁时,Corey进入MIT,在那里他于1948年获得学士学位,并于1951年在John C. Sheehan教授的指导下获得博士学位。进入MIT时,Corey在科学方面的唯一经验是数学,他的大学生涯初期追求工程学学位。在大二的第一堂化学课后,他开始重新思考他的长期职业规划,最终以化学学士学位毕业。随后,应John C. Sheehan教授的邀请,Corey留在MIT攻读博士学位。研究生生涯结束后,他获得了伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的任职机会,并在27岁时于1956年成为该校化学系的正教授。他于1952年被接纳为伊利诺伊大学Alpha Chi Sigma兄弟会Zeta分会的成员。1959年,他转入Harvard University,现为该校有机化学荣誉教授,领导着活跃的Corey Group研究项目。他选择从事有机化学是因为"它的内在美和对人类健康的重大意义"。他还担任Pfizer的顾问50多年。
在众多荣誉中,Corey于1988年获得国家科学奖章,1990年获得诺贝尔化学奖,以及2004年获得美国化学学会最高荣誉Priestley奖章。
主要贡献
试剂
Corey开发了多种新的合成试剂:
- PCC吡啶氯铬酸盐,也称为Corey-Suggs试剂,广泛用于醇氧化成相应的酮和醛。PCC相比其他商业氧化剂具有多种优势。
这些优势之一是该化合物可作为空气稳定的黄色固体获得,吸湿性不强。与其他氧化剂不同,PCC只需约1.5当量就能完成单次氧化(图示1)。醇对带正电的铬(VI)金属进行亲核进攻,取代氯。氯离子随后充当碱,生成醛产物和铬(IV)。PCC略带酸性的性质使其适用于醇和烯烃的环化反应(图示2)。

初始氧化产生相应的醛,随后可与相邻的烯烃发生Prins反应。经过消除和进一步氧化后,产物是环状酮。如果此产物不需要,可以使用粉状乙酸钠作为缓冲液以仅实现初始氧化。PCC作为氧化剂的稳健性也使其在全合成领域非常有用(图示3)。该例子说明PCC能够通过σ迁移与叔醇进行Dauben氧化重排反应。
- 叔丁基二甲基硅基醚(TBS)、三异丙基硅基醚(TIPS)和甲氧基乙氧基甲基(MEM)是常用的醇保护基团。这些保护基团的开发使得几种天然产物的合成成为可能,这些天然产物原本的官能团兼容性无法承受标准化学转化。虽然合成化学界现在正逐渐放弃使用保护基团,但发表的天然产物合成很少能完全不使用保护基团。自1972年以来,TBS基团已成为最受欢迎的硅保护基团。TBS对层析法稳定,且在碱性和酸性条件下足够活泼以进行裂解。更重要的是,TBS醚对某些碳亲核试剂(如Grignard试剂和烯醇盐)是稳定的。
在复杂分子合成领域,TBS被广泛用作最多功能的硅基保护基团之一(图示4)。使用CSA可以在叔TBS醚和TIPS醚的存在下选择性地去除初级TBS醚。TBS脱保护的其他方法包括酸和Lewis酸,以及氟化物。TIPS保护基团也是由Corey开创的,对初级醇保护相比次级和叔醇保护提供了更高的选择性。TIPS醚在酸性和碱性条件下更稳定,与TBS醚相比这种保护基团的缺点是该基团在脱保护时活泼性较低。最常用的裂解试剂使用与TBS醚相同的条件,但通常需要更长的反应时间。

通常TBS醚被TBAF切割,但在初级TIPS去除时,上述受阻的TBS醚在反应条件下存活(图示5)。MEM保护基团首次由Corey于1976年描述。在酸性条件下,该保护基团在反应性和稳定性上与其他烷氧基甲基醚相似。MEM保护基团的裂解通常在酸性条件下进行,但与金属卤化物的络合通过辅助裂解大大增强了活泼性(图示6)。
- 1,3-二硫基烷是由E.J. Corey在1965年开创的,作为羰基的临时修饰用于位移和加成反应。二硫基烷的形成是引入Umpolung化学的初始发展,广泛用于反应性的倒转。二硫基烷的形成可以通过Lewis酸(图示7)或直接从羰基化合物进行。
二硫基烷的pKa约为30,允许用烷基锂试剂(通常为正丁基锂)进行去质子化。二硫基烷与醛的反应现在称为Corey-Seebach反应。去质子化的二硫基烷作为酰基阴离子用来进攻入射的亲电体。经过二硫基烷的脱保护(通常用HgO),从被掩蔽的酰基二硫基烷阴离子观察到酮产物。此类反应的实用性通过允许合成化学家在全合成中使用Umpolung断裂来扩展了有机合成领域(图示8)。1,3-二硫基烷也用作羰基化合物的保护基团,表现出该官能团的多功能性和实用性。

- 此外,Corey开始了对阳离子多烯烃环化的详细研究,该环化用于从更简单的植物萜烯进行酶促胆固醇生产。Corey通过首先研究从鲨烯的固醇生物合成,确立了这一显著环化过程的细节。
方法学
Corey实验室开发的多个反应已成为现代有机合成中的常见方法。自1950年以来,Corey group已开发了至少302种方法。多个反应以他的名字命名:
- Corey-Itsuno还原,也称为Corey-Bakshi-Shibata还原,是利用恶唑硼烷催化剂和各种硼烷作为化学计量还原剂的酮到醇的对映体选择性还原。Corey group首先利用硼烷和手性氨基醇展示了催化剂的合成。该反应使用手性氨基酸脯氨酸,在硼烷存在下导致CBS催化剂形成(图示9)。
随后,Corey证明取代的硼烷更易于制备且更加稳定。还原机制从恶唑硼烷仅略微碱性开始,与硼烷化学计量试剂的硼胺络合物络合(图示10)。氮对硼的供体作用的缺乏增加了其Lewis酸性,允许与酮底物的络合。底物的络合发生在氧的最易获得的孤对电子上,导致由于空间上邻近的苯基基团而使B-O键周围的旋转受限。

通过6元环过渡态从硼烷向电亲性酮中心的氢化物迁移发生,导致4元环中间体,最终提供手性产物和催化剂再生。该反应对天然产物化学家也有很大用处(图示11)。Corey及合作者通过使用硼烷-二甲基硫化物络合物进行对映体选择性CBS还原来实现dysidiolide的合成。
- Corey-Fuchs炔烃合成是通过使用三苯基磷和四溴化碳对醛进行一碳均质化来合成末端炔烃。机制与Wittig反应类似,通过三苯基磷和四溴化碳形成磷叶立德。磷叶立德与醛底物反应产生二溴烯烃。
用两当量的正丁基锂处理时,锂卤交换和去质子化产生锂乙叶立化物,其通过水解产生末端炔烃产物(图示12)。最近,开发了使用改进程序的一锅合成。这种合成转化已被证明在W.J. Kerr及合作者的±-taylorione全合成中是成功的(图示13)。
- Corey-Kim氧化是新开发的用于醇转化成相应醛和酮的转化。该工艺使用N-氯琥珀酰亚胺硫酸盐(NCS)、二甲基硫化物(DMS)和三乙胺(TEA)提供了一个比铬基氧化更低毒性的替代方案。当NCS和DMS反应形成二甲基琥珀酰亚胺硫酸盐物种时,Corey-Kim试剂在原位形成(图示14)。
烷氧基硫鎓盐在α位用三乙胺去质子化以产生氧化产物。该反应适应广泛的官能团阵列,但烯丙基和苄基醇通常转化为烯丙基和苄基氯化物。其在合成中的应用基于温和的方案条件和官能团与保护基团的兼容性。在ingenol的全合成中,Kuwajima及合作者通过选择性氧化位阻较小的仲醇利用了Corey-Kim氧化(图示15)。

- Corey-Winter烯烃化是涉及二醇底物、硫羰基二咪唑和过量三烷基亚磷酸酯的1,2-二醇向烯烃的立体特异性转化。机制已经缩小到两条可能的途径,但确切的机制是未知的。具体来说,硫代碳酸酯和三烷基亚磷酸酯之间的反应通过磷叶立德物种或卡宾中间体的形成进行。尽管如此,该反应对大多数底物是立体特异的,除非产物会导致极度应变的结构。在Corey及合作者尝试由7元环呈现的空间位阻反式烯烃的形成,但即使采用这种新的合成方法导致巨大的环应力也不成功。更重要的是,立体特异的烯烃存在于几种天然产物中,因为该方法继续被利用以产生一系列复杂底物。教授T.K.M Shing及其他人使用Corey-Winter烯烃化反应来合成±-Boesenoxide(图示16)。
- CBS对映体选择性Diels-Alder反应是使用与对映体选择性CBS还原类似的支架开发的。在该反应开发后,CBS试剂被证明是一种多功能试剂,用于一系列多个强大的合成转化。使用手性Lewis酸(如CBS催化剂)包括广泛的不饱和烯酮底物。该反应可能通过高度有序的6元环前过渡态进行,以提供高对映体富集产物(图示17)。
这种过渡态可能发生是因为与苯基取代基的有利π堆积。该过程的对映体选择性通过二烯从苯基取代基的相反面接近二烯体而促进。Diels-Alder反应是有机合成中最强大的转化之一
