三组分偶联法在PGE类化合物合成中的应用
作者:王国新1 潘鑫复 吴元鎏
单位:王国新1 潘鑫复 兰州大学应用有机化学国家重点实验室,兰州 730000;吴元鎏 中国医学科学院药物研究所,北京 100050
关键词:三组分偶联法;PGE类化合物;PG类化合物;合成;一锅法
摘 要 三组分偶联法已经在PGE类化合物的合成中显示了极大的的优越性摘 要 三组分偶联法已经在PGE类化合物的合成中显示了极大的的优越性。由三组分偶联法合成PGE类化合物的关键是Rα链的引入.目前经过化学家们的不断努力,该方法得到了不断的发展和完善,已经成为最成功的、有着良好应用前景的合成PGE类化合物的方法.本文对三组分偶联法在PGE类化合物合成中的研究进展情况做一综述.
前列腺素(PG)具有良好的药理活性,因此对PG类化合物的合成引起了合成化学家们的极大兴趣,许多合成方法已见诸报道〔1~5〕.PGE类化合物是PG类化合物中一类重要化合物.目前,在众多的合成PGE类化合物的方法中,最成功的、有良好应用前景的方法当属三组分偶联法.此方法在70年代前已有不少人在研究,但仅获部分成功.Noyori等曾做过综述〔6〕.80年代以后,新试剂、新反应的发现以及立体选择性合成的长足发展,使该方法得到了不断的发展和完善,已成为合成PGE类化合物的重要方法.本文就近十余年来该方法的研究进展情况做一综述.
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三组分偶联法是用含有8个碳的ω边链的有机金属试剂滴加到4-羟基保护-2-环戊烯酮(1)中,然后用含有7个碳的α边链的卤代物区域选择性地捕获烯醇金属盐(2)进行烷基化,从而构建成PGE骨架,反应可用一锅法,见图1.由于光学活性的环戊烯酮〔7〕、ω边链、α边链〔8〕都很容易获得,应可以很容易的构建PGE类化合物骨架,进而得到有良好药理活性的PGE类化合物.
Fig.1 The method of three-component coupling synthesis of PGE
但是由于最初生产的烯醇金属盐(2)存在如图2所示的平衡,从而(4)按B路线发生五元环上被保护的羟基的消除,而使其烷基化不能顺利进行,最终影响产率〔9〕.1985年,Noyori等人〔10〕报道了用三苯基锡烷在低温下可以捕获(1)和RωCu-所生成的烯醇铜盐,从而使反应停留在(2)阶段,并且在HAMP存在下,用5倍过量的RαI可以对烯醇负离子顺利进行烷基化.
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由此可以看出,三组分偶联法构建PGE骨架的关键在于抑制(2)与(4)之间的平衡或者增加五元环中C-1位的亲核性.这种问题得到解决后,三组分偶联法将成为一种高效率的合成PGE类化合物的方法.现阶段解决这种问题的方法有:1)对五元环进行结构修饰,或是增加C-1位的亲核性,或是抑制烯醇盐(2)与(4)之间的平衡.2)在反应中加入有机锡化物或用其它的有机金属化合物与(1)进行共轭加成.3)直接用更强的烯醇金属离子的捕获剂,如炔醛,硝基烯化物.下面分别加以论述.
Fig.2 The equilibration of enolates
1 对五元环进行结构修饰
1983年,Fuch等人〔11〕报道了在五元环的C-1位引入烯砜组分以增加烷基化时该位的亲核性,使得五元环的烷基化得以顺利进行.用此方法,Fuch等人合成了一系列的PGE2类化合物,合成路线见图3.
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Fig.3 Constructional modification of cyclopentenone
1988年,Johnson等人〔12〕报道了在(1)的C-3位引入羟基官能团以消除烯醇金属盐(11)与(12)之间的平衡,从而使烷基化得以顺利地进行,见图4.
Fig.4 The elimination of enolates equilibration
依照这种设想,Johnson等人用三组分偶联法顺利合成了PGE2类化合物,见图5.
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Fig.5 Route of synthesis of PGE2 methyl ester
如果用光学活性的(10)和(S)-有机铜试剂反应,就可以合成光学纯的PGE2类化合物,反应可用一锅法,操作大为简便.但这种对五元环进行结构修饰的方法必增加反应步骤,使合成路线变长,从而影响最终产率.
2 在反应中加入有机锡化物或用其它的有机金属化合物与(1)进行共轭加成
用三组分偶联法构建PGE骨架时,(1)的烷基化过程可产生两种副产物:一种是O-烷基化产物;一种是二烷基化产物.为了减少这两种副产物.日本化学家〔10〕报道了在HMPA的存在下,通过加入三烷基氯锡烷来与生成的烯醇金属盐发生金属交换,然后再与RαI进行烷基化.按照这种操作.可以得到单烷基化产物,两种副产物都没有检测到.1988年,Noyori等人〔13〕用三组分偶联法,通过在反应中加入(PhCH2)3SnCl进行金属交换从而顺利进行烷基化而构建成PGE骨架,反应可用一锅法,总收率可达61%,合成路线见图6.
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Fig.6 Route of synthesis of PGF2
在用三组分偶联法构建PGE骨架时,对ω边链的引入多用有机金属铜试剂〔14,15〕.Noyori等人〔16〕报道了用有机锌试剂也可引入ω边链.
1995年,Otera小组〔17〕报道了一条新的合成PGE类化合物的方法,即用α-锂-甲氧基烷基硫醚代替有机金属试剂来与(1)进行共轭加成来得到基本的PGE骨架,最后用Wittig反应构建完整的PGE骨架.按此方法,他们合成了PGE2类化合物,合成路线见图7.这种方法虽然不能直接引入ω边链,但由于反应不需用昂贵的有机金属试剂,因此该方法也是一条非常可行的构建PGE骨架的方法.
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Fig.7 Conjugate addition of α-lithio-γ-methoxyallkyl phenyl sulfide
上面这些方法虽然加入了有毒的有机锡化物,但由于反应操作简便,收率高,是现阶段主要的构建PEG骨架的方法.
1994年,Lipshutz等人〔18〕报道了用有机锆试剂和铜酸盐之间发生金属交换后,再用三组分偶联法构建PGE骨架,反应也可用一锅法,并且只需催化量的铜酸盐,产率也令人满意.应用此方法,他们合成了PGE类化合物,合成路线见图8.这种方法的优点是它不仅适合于合成PGE类化合物,而且该有机金属试剂也可与其它类型烯酮进行共轭加成,且仅需催化量的铜酸盐,但有机锆试剂价格昂贵,限制了其应用.
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Fig.8 Transmetalation between organozircorium and cuprate
3 用更强的烯醇金属离子捕获剂
如前所述,用烯丙型或炔丙型卤代物来捕获烯醇金属盐时一般需要有机锡化物的存在.用更强的烯醇金属捕获剂,可以避免使用有毒的锡化物.
1982年,Noyori等人〔19〕报道用炔醛作为烯醇金属盐的捕获剂.他们用三组分偶联法顺利构建了PGE骨架,进而合成了一系列的PGE类化合物.合成路线见图9.
Fig.9 2-Hexynal trapping reaction of enolates
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1987年,Tanaka小组〔20〕报道了用硝基烯化物作为烯醇金属盐的捕获剂,反应也获得了成功,顺利地构建了PGE骨架,反应可用一锅法.循此方法,他们合成了一系列的PGE类化合物,合成路线见图10.这种用更强的烯醇金属离子捕获剂的方法来合成PGE类化合物使合成路线变长,影响产率.
Fig.10 Nitro-olefin trapping reaction of enolates
由上面的论述可以看出,通过化学工作者的不断探索,三组分偶联法已经成为一条非常有应用前景的构建PGE骨架的方法.如果能较为方便地合成光活性的4-羟基保护的环戊烯酮和ω边链,这种方法将会得到更为广泛的应用.幸运的是,简便的合成光活性的4-羟基保护的环戊烯酮的方法已见报道.1997年,Currun等人〔21〕报道了由糠醇合成光活性的2-环戊烯-1,4-二醇的方法(见图11),进而合成光学活性的4-羟基保护的环戊烯酮,光活性的4-羟基保护的环戊烯酮的合成为三组分偶联法的广泛应用奠定了基础.三组分偶联法在PGE类化合物的合成中显示了极大的优越性,它必将推动前列腺素类化合物合成研究的发展.
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Fig.11 Route of synthesis of optically active 2-cyclopenten-1,4-diol参 考 文 献
1.Suzuki M,Yanagisawa A,Noyori R.A short way to prostacyclin.Tetrahedron Lett,1983,24(1):1187~1188
2.Torisawa Y,Yimaguchi T,Sakata,et al.Synthesis of 11-deoxo-11-methylene-prostaglandin D2 and its derivatives.Chem Pharm Bull,1985,33(10):4625~4628
3.Takemoto M,Koshida A,Miyazima K,et al.Prostanoids and related compound Ⅳ.Total synthesis of clavulones.Chem Pharm Bull,1991,39(5):1106~1111
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4.Kojma K,Amemiza S.Synthesis of 3-oxa-5-alkylideneisocarbacyclins.Chem Pharm Bull,1993,41(5):913~918
5.Taber DF,Here Rj,Gleave DM.Diastereoselective synthesis of an isoprostane:(+/-)-8-epi-PGF2α methyl ester.J Org Chem,1997,62(1):194~198
6.Noyori R,Suzulki M.Prostaglandin synthesis by three-component coupling.Angew Chem Int Ed Engl,1984,23(11):847~876
7.Gill BM,Richards RW.Synthesis of chiral prostanoid intermediates from phenol.J Chem Soc Chem Commun,1979,2:121~123
, 百拇医药
8.Okamoto S,Thimazaki T,Kobayashi Y,et al.A highly efficient synthesis of γ-haloalylic alcohol and propargylic alcohols with high optical purity.Practical method for synthesis of the prostaglandin ω-chain.Tetrahedron Lett,1987,28(18):2033~2036
9.Davis R,Unich KG.A convergent total synthesis of (+/-)-prostaglandin F2α via conjugate addition and regiospecific enolate trapping.J Org Chem,1979,44(22):3755~3759
10.Suzuki M,Yanagisawa A,Noyori R.An extremely short way to prostaglandin.J Am Chem Soc,1985,107(11):3348~3352
, 百拇医药
11.Donaldson RE,Saddler JC,Fuchs PL.A triply convergent total synthesis of L-(-)-prostaglandin E2.J Org Chem,1983,48(3):2167~2188
12.Johnson CR,Penning TD.Triply convergent synthesis of (-)-prostaglandin E2 methyl ester.J Am Chem Soc,1988,110(14):4726~4735
13.Nishiyama H,Sakata K,Itoh K.Conjugate addition of lithiotrimethylsilylacetate.A simple synthesis of methyl jasmonate via vicinal double alkylation.Tetrahedron Lett,1984,25(23):2489~2489
, 百拇医药
14.Babiak KA,Ng JS,Dygos JH.Lipase-catalyzed irreversible transesterification using enol esters:resolution of prostagland in synthons 4-hydroxy-2-alkyl-cyclopentenones and inversion of the 4S enantiomer to the 4R enantiomer.J Org Chem,1990,55(16):3377~3381
15.Sih CJ,Price P,Sood R, et al.Total synthesis of prostaglandins Ⅱ.PGE1.J Am Chem Soc,1972,94(10):3643~3644
16.Suzuki M,Yanagisawa A,Noyori R.The three-component coupling synthesis of prostaglandin.J Am Chem Soc,1988,110(4):4718~4728
, 百拇医药
17.Sato T,Shima H,Otera J,et al.A highly practical route for prostaglandin by conjugate addition and α-lithi-γ-methoxyallyl phenyl sulfide.J Org Chem,1995,60(13):3936~3937
18.Lipshutz BH,Wood MR.A practical general three-component coupling approach to prostaglandin and non-prostaglandin related skeleta.J Am Chem Soc,1994,116(26):11689~11702
19.Suzuki M,Kawagishi T,Noyori R.A general synthesis of primary prostaglandins.Tetrahedron Lett,1982,23(52):5563~5566
, 百拇医药
20.TanaKa T,Kurozumi S,Noyori R,\%et al.\%Nitro-olefin trapping reaction of enolates in situ.Generated by conjugate addition reaction short synthesis of PGE1,6-oxo-PGF1α and PGI2.Tetrahedron,1987,43(5):813~824
21.Curran TT,Play DA,Koege CP.The preparation of optically active 2-cyclopenten-1,4-diol derivatives from furfuryl alcohol.Tetrahedron,1997,53(6):1983~2004
收稿日期:1999-01-10, 百拇医药(王国新1 潘鑫复 吴元鎏)
单位:王国新1 潘鑫复 兰州大学应用有机化学国家重点实验室,兰州 730000;吴元鎏 中国医学科学院药物研究所,北京 100050
关键词:三组分偶联法;PGE类化合物;PG类化合物;合成;一锅法
摘 要 三组分偶联法已经在PGE类化合物的合成中显示了极大的的优越性摘 要 三组分偶联法已经在PGE类化合物的合成中显示了极大的的优越性。由三组分偶联法合成PGE类化合物的关键是Rα链的引入.目前经过化学家们的不断努力,该方法得到了不断的发展和完善,已经成为最成功的、有着良好应用前景的合成PGE类化合物的方法.本文对三组分偶联法在PGE类化合物合成中的研究进展情况做一综述.
前列腺素(PG)具有良好的药理活性,因此对PG类化合物的合成引起了合成化学家们的极大兴趣,许多合成方法已见诸报道〔1~5〕.PGE类化合物是PG类化合物中一类重要化合物.目前,在众多的合成PGE类化合物的方法中,最成功的、有良好应用前景的方法当属三组分偶联法.此方法在70年代前已有不少人在研究,但仅获部分成功.Noyori等曾做过综述〔6〕.80年代以后,新试剂、新反应的发现以及立体选择性合成的长足发展,使该方法得到了不断的发展和完善,已成为合成PGE类化合物的重要方法.本文就近十余年来该方法的研究进展情况做一综述.
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三组分偶联法是用含有8个碳的ω边链的有机金属试剂滴加到4-羟基保护-2-环戊烯酮(1)中,然后用含有7个碳的α边链的卤代物区域选择性地捕获烯醇金属盐(2)进行烷基化,从而构建成PGE骨架,反应可用一锅法,见图1.由于光学活性的环戊烯酮〔7〕、ω边链、α边链〔8〕都很容易获得,应可以很容易的构建PGE类化合物骨架,进而得到有良好药理活性的PGE类化合物.
Fig.1 The method of three-component coupling synthesis of PGE
但是由于最初生产的烯醇金属盐(2)存在如图2所示的平衡,从而(4)按B路线发生五元环上被保护的羟基的消除,而使其烷基化不能顺利进行,最终影响产率〔9〕.1985年,Noyori等人〔10〕报道了用三苯基锡烷在低温下可以捕获(1)和RωCu-所生成的烯醇铜盐,从而使反应停留在(2)阶段,并且在HAMP存在下,用5倍过量的RαI可以对烯醇负离子顺利进行烷基化.
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由此可以看出,三组分偶联法构建PGE骨架的关键在于抑制(2)与(4)之间的平衡或者增加五元环中C-1位的亲核性.这种问题得到解决后,三组分偶联法将成为一种高效率的合成PGE类化合物的方法.现阶段解决这种问题的方法有:1)对五元环进行结构修饰,或是增加C-1位的亲核性,或是抑制烯醇盐(2)与(4)之间的平衡.2)在反应中加入有机锡化物或用其它的有机金属化合物与(1)进行共轭加成.3)直接用更强的烯醇金属离子的捕获剂,如炔醛,硝基烯化物.下面分别加以论述.
Fig.2 The equilibration of enolates
1 对五元环进行结构修饰
1983年,Fuch等人〔11〕报道了在五元环的C-1位引入烯砜组分以增加烷基化时该位的亲核性,使得五元环的烷基化得以顺利进行.用此方法,Fuch等人合成了一系列的PGE2类化合物,合成路线见图3.
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Fig.3 Constructional modification of cyclopentenone
1988年,Johnson等人〔12〕报道了在(1)的C-3位引入羟基官能团以消除烯醇金属盐(11)与(12)之间的平衡,从而使烷基化得以顺利地进行,见图4.
Fig.4 The elimination of enolates equilibration
依照这种设想,Johnson等人用三组分偶联法顺利合成了PGE2类化合物,见图5.
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Fig.5 Route of synthesis of PGE2 methyl ester
如果用光学活性的(10)和(S)-有机铜试剂反应,就可以合成光学纯的PGE2类化合物,反应可用一锅法,操作大为简便.但这种对五元环进行结构修饰的方法必增加反应步骤,使合成路线变长,从而影响最终产率.
2 在反应中加入有机锡化物或用其它的有机金属化合物与(1)进行共轭加成
用三组分偶联法构建PGE骨架时,(1)的烷基化过程可产生两种副产物:一种是O-烷基化产物;一种是二烷基化产物.为了减少这两种副产物.日本化学家〔10〕报道了在HMPA的存在下,通过加入三烷基氯锡烷来与生成的烯醇金属盐发生金属交换,然后再与RαI进行烷基化.按照这种操作.可以得到单烷基化产物,两种副产物都没有检测到.1988年,Noyori等人〔13〕用三组分偶联法,通过在反应中加入(PhCH2)3SnCl进行金属交换从而顺利进行烷基化而构建成PGE骨架,反应可用一锅法,总收率可达61%,合成路线见图6.
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Fig.6 Route of synthesis of PGF2
在用三组分偶联法构建PGE骨架时,对ω边链的引入多用有机金属铜试剂〔14,15〕.Noyori等人〔16〕报道了用有机锌试剂也可引入ω边链.
1995年,Otera小组〔17〕报道了一条新的合成PGE类化合物的方法,即用α-锂-甲氧基烷基硫醚代替有机金属试剂来与(1)进行共轭加成来得到基本的PGE骨架,最后用Wittig反应构建完整的PGE骨架.按此方法,他们合成了PGE2类化合物,合成路线见图7.这种方法虽然不能直接引入ω边链,但由于反应不需用昂贵的有机金属试剂,因此该方法也是一条非常可行的构建PGE骨架的方法.
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Fig.7 Conjugate addition of α-lithio-γ-methoxyallkyl phenyl sulfide
上面这些方法虽然加入了有毒的有机锡化物,但由于反应操作简便,收率高,是现阶段主要的构建PEG骨架的方法.
1994年,Lipshutz等人〔18〕报道了用有机锆试剂和铜酸盐之间发生金属交换后,再用三组分偶联法构建PGE骨架,反应也可用一锅法,并且只需催化量的铜酸盐,产率也令人满意.应用此方法,他们合成了PGE类化合物,合成路线见图8.这种方法的优点是它不仅适合于合成PGE类化合物,而且该有机金属试剂也可与其它类型烯酮进行共轭加成,且仅需催化量的铜酸盐,但有机锆试剂价格昂贵,限制了其应用.
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Fig.8 Transmetalation between organozircorium and cuprate
3 用更强的烯醇金属离子捕获剂
如前所述,用烯丙型或炔丙型卤代物来捕获烯醇金属盐时一般需要有机锡化物的存在.用更强的烯醇金属捕获剂,可以避免使用有毒的锡化物.
1982年,Noyori等人〔19〕报道用炔醛作为烯醇金属盐的捕获剂.他们用三组分偶联法顺利构建了PGE骨架,进而合成了一系列的PGE类化合物.合成路线见图9.
Fig.9 2-Hexynal trapping reaction of enolates
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1987年,Tanaka小组〔20〕报道了用硝基烯化物作为烯醇金属盐的捕获剂,反应也获得了成功,顺利地构建了PGE骨架,反应可用一锅法.循此方法,他们合成了一系列的PGE类化合物,合成路线见图10.这种用更强的烯醇金属离子捕获剂的方法来合成PGE类化合物使合成路线变长,影响产率.
Fig.10 Nitro-olefin trapping reaction of enolates
由上面的论述可以看出,通过化学工作者的不断探索,三组分偶联法已经成为一条非常有应用前景的构建PGE骨架的方法.如果能较为方便地合成光活性的4-羟基保护的环戊烯酮和ω边链,这种方法将会得到更为广泛的应用.幸运的是,简便的合成光活性的4-羟基保护的环戊烯酮的方法已见报道.1997年,Currun等人〔21〕报道了由糠醇合成光活性的2-环戊烯-1,4-二醇的方法(见图11),进而合成光学活性的4-羟基保护的环戊烯酮,光活性的4-羟基保护的环戊烯酮的合成为三组分偶联法的广泛应用奠定了基础.三组分偶联法在PGE类化合物的合成中显示了极大的优越性,它必将推动前列腺素类化合物合成研究的发展.
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Fig.11 Route of synthesis of optically active 2-cyclopenten-1,4-diol参 考 文 献
1.Suzuki M,Yanagisawa A,Noyori R.A short way to prostacyclin.Tetrahedron Lett,1983,24(1):1187~1188
2.Torisawa Y,Yimaguchi T,Sakata,et al.Synthesis of 11-deoxo-11-methylene-prostaglandin D2 and its derivatives.Chem Pharm Bull,1985,33(10):4625~4628
3.Takemoto M,Koshida A,Miyazima K,et al.Prostanoids and related compound Ⅳ.Total synthesis of clavulones.Chem Pharm Bull,1991,39(5):1106~1111
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4.Kojma K,Amemiza S.Synthesis of 3-oxa-5-alkylideneisocarbacyclins.Chem Pharm Bull,1993,41(5):913~918
5.Taber DF,Here Rj,Gleave DM.Diastereoselective synthesis of an isoprostane:(+/-)-8-epi-PGF2α methyl ester.J Org Chem,1997,62(1):194~198
6.Noyori R,Suzulki M.Prostaglandin synthesis by three-component coupling.Angew Chem Int Ed Engl,1984,23(11):847~876
7.Gill BM,Richards RW.Synthesis of chiral prostanoid intermediates from phenol.J Chem Soc Chem Commun,1979,2:121~123
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8.Okamoto S,Thimazaki T,Kobayashi Y,et al.A highly efficient synthesis of γ-haloalylic alcohol and propargylic alcohols with high optical purity.Practical method for synthesis of the prostaglandin ω-chain.Tetrahedron Lett,1987,28(18):2033~2036
9.Davis R,Unich KG.A convergent total synthesis of (+/-)-prostaglandin F2α via conjugate addition and regiospecific enolate trapping.J Org Chem,1979,44(22):3755~3759
10.Suzuki M,Yanagisawa A,Noyori R.An extremely short way to prostaglandin.J Am Chem Soc,1985,107(11):3348~3352
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11.Donaldson RE,Saddler JC,Fuchs PL.A triply convergent total synthesis of L-(-)-prostaglandin E2.J Org Chem,1983,48(3):2167~2188
12.Johnson CR,Penning TD.Triply convergent synthesis of (-)-prostaglandin E2 methyl ester.J Am Chem Soc,1988,110(14):4726~4735
13.Nishiyama H,Sakata K,Itoh K.Conjugate addition of lithiotrimethylsilylacetate.A simple synthesis of methyl jasmonate via vicinal double alkylation.Tetrahedron Lett,1984,25(23):2489~2489
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14.Babiak KA,Ng JS,Dygos JH.Lipase-catalyzed irreversible transesterification using enol esters:resolution of prostagland in synthons 4-hydroxy-2-alkyl-cyclopentenones and inversion of the 4S enantiomer to the 4R enantiomer.J Org Chem,1990,55(16):3377~3381
15.Sih CJ,Price P,Sood R, et al.Total synthesis of prostaglandins Ⅱ.PGE1.J Am Chem Soc,1972,94(10):3643~3644
16.Suzuki M,Yanagisawa A,Noyori R.The three-component coupling synthesis of prostaglandin.J Am Chem Soc,1988,110(4):4718~4728
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17.Sato T,Shima H,Otera J,et al.A highly practical route for prostaglandin by conjugate addition and α-lithi-γ-methoxyallyl phenyl sulfide.J Org Chem,1995,60(13):3936~3937
18.Lipshutz BH,Wood MR.A practical general three-component coupling approach to prostaglandin and non-prostaglandin related skeleta.J Am Chem Soc,1994,116(26):11689~11702
19.Suzuki M,Kawagishi T,Noyori R.A general synthesis of primary prostaglandins.Tetrahedron Lett,1982,23(52):5563~5566
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20.TanaKa T,Kurozumi S,Noyori R,\%et al.\%Nitro-olefin trapping reaction of enolates in situ.Generated by conjugate addition reaction short synthesis of PGE1,6-oxo-PGF1α and PGI2.Tetrahedron,1987,43(5):813~824
21.Curran TT,Play DA,Koege CP.The preparation of optically active 2-cyclopenten-1,4-diol derivatives from furfuryl alcohol.Tetrahedron,1997,53(6):1983~2004
收稿日期:1999-01-10, 百拇医药(王国新1 潘鑫复 吴元鎏)