尽管构筑C—S键的方法不断改善, 但合成芳基硫化物的方法主要局限于金属硫醇盐和烷基或芳基卤化物之间的缩合反应.而有机卤化物回收的成本高, 不宜工业化生产, 相比之下, 羧酸是环境友好并且容易制备的试剂.近年来, 羧酸通过失去CO2脱除羧基引发的偶联反应在合成化学领域已显示出广阔的前景.使用容易获得的羧酸来构建杂环化合物, 用过渡金属催化脱羧反应形成C—C和C—杂键是简单且可持续的方案.与C—H键活化反应相比, 脱羧偶联反应通常是通过失去CO2来完成, 它并不需要昂贵的有机金属试剂, 同时又保持了传统偶联反应的区域选择性优势(Eq. 5).
早在1966年, Nilsson等研究了Ullmann偶联合成联芳和铜催化的芳香酸脱羧反应之间的密切联系, 他们认为往Ullmann反应混合物中加入羧酸有利于还原脱卤(Eq. 6).然后, 他们用铜(Ⅰ)催化2-噻吩甲酸或2-糠酸14和碘苯15的脱羧偶合反应. 2005年Myers和Goossen等在金属催化偶联反应领域做出许多研究进展, 之后脱羧偶联反应渐渐得到发展.
其后, 在2009年, Liu等提出新的简单的合成路线(Eq. 7), 通过使用双金属系统催化芳基羧酸17和硫醇或二硫化物18进行脱羧C—S交叉偶联来合成芳基硫化物19, 反应的收率最高达到75%.
此后, 他们又通过铜催化脱羧C—S交叉偶联反应制备乙烯基硫化物21 (Eq. 8).在CuI和Cs2CO3的作用下, 芳基丙炔酸20与硫醇通过脱羧偶联反应合成乙烯基硫化物, 底物适用性较好, 各种硫醇与芳基丙炔酸反应, 都能得到相应的乙烯基硫化物, 并且反应具有很高的产率, 可高达95%.对于Z-异构体具有高的立体选择性.这种方法不仅加深了我们对脱羧反应的理解, 还提供了合成乙烯基硫醚化合物的简便途径.
随后, Becht等报道了一种简单的二芳基硫化物24的合成路线, 利用钯催化的富电子-2, 6-二烷氧基苯甲酸衍生物22和二芳基二硫化物23脱羧反应.
该反应适用于具有给电子取代基的芳烃羧酸的C—S键形成, 是对先前Liu小组35C—S键形成的补充.这也是首例由芳烃羧酸通过脱羧偶联反应形成C—Se键(Eq. 9).
Zhang等[37]报道了钯催化喹诺酮衍生物25与二芳基二硫化物通过脱羧偶联直接硫醚化的反应体系(Scheme 1).该反应可以在空气中, 利用Pd(OAC)2和Ag2CO3双催化剂进行催化, 构造喹诺酮衍生芳基硫化物26.另外, 该小组提出了可能的机理解释:最初, 银盐体系下通过脱羧反应形成有机金属中间体a, 随后, PdⅡ与二芳基二硫化物反应生成PdⅡ配合物b.此后, 通过a和b之间的金属转移反应产生芳基PdⅡ物质c.最后, 芳基PdⅡ物质经过还原消除产生目标产物3和Pd0物质, Pd0物质又被氧气氧化到PdⅡ形成一个催化循环.
Xu等同样以二芳基二硫化物为硫源开发了银类的催化体系(Scheme 2), 在反应温度为60 ℃的温和条件下, 银介导了脂肪族羧酸的脱羧C—S交叉偶联反应, 官能团显示出良好的耐受性, 该体系以K2S2O8为氧化剂.它提供了另一种进行C—S键的脱羧偶联反应合成烷基芳基硫化物的方法, 并且以相对较高的产率和选择性获得了相对应的烷基芳基硫化物.作者提出了可能的反应机理: Ag(Ⅰ)在过硫酸盐的存在下被氧化成Ag(Ⅱ), 随后, Ag(Ⅱ)与脂族羧酸结合, 通过脱羧途径产生烷基自由基.然后, 烷基自由基攻击二芳基二硫化物以产生目标产物.
由于脱羧偶合反应在化学技术中有巨大优势, 因此研究人员极力寻求合适的催化体系用于脱羧C—S交叉偶合反应, 但这些体系往往面临诸多条件的限制.因此, 加强对脱羧偶联机理的深入探讨, 对工艺条件的改善和优化、催化剂应用范围的扩大都有着至关重要的影响.
化学慧定制合成事业部摘录
