导读

  硫杂环丁烷不仅是重要的药效基团,存在于许多重要的生物活性分子中,也是重要的有机合成中间体,通过开环反应可以合成多种1,3-双官能团化合物,也可以通过扩环反应合成五至八元环含硫杂环化合物。硫杂环丁烷由于具有较大的环张力,相对较难合成,目前合成方法比较单一。硫杂环丁烷通常通过含硫化合物的分子内亲核取代环化和烯丙基锂对硫杂环丙烷的开环再环化来制备,通用的制备方法相对较少。

图：含硫杂环丁烷片段的药效化合物

    硫叶立德作为一类提供亚甲基源的常见前体，其常见反应模式是作为亲核试剂发生亲核进攻后再分子内关环构建小分子杂环化合物。当硫叶立德在与过渡金属作用时，可以发生极性翻转而成为亲电的金属卡宾物种，与常见的卡宾前体重氮化合物相比，硫叶立德具有显著的优势，比如安全稳定，易制备。一直以来高张力的四元杂环化合物（含N,O,S）的合成具有很大的挑战性。2017年，我们课题组报道了硫杂环丙烷与二甲基亚砜鎓盐亲核扩环合成硫杂环丁烷。

图：亲核扩环反应目前有报道由金属卡宾介导从三元环扩环成六元环的例子，但是通过亲电类型的过程实现三元环到四元环的扩环合成还是非常困难的。2017年，Schomaker课题组首次报道仅从特定的双环亚甲基的氮杂三元环出发通过亲电类型的过程立体选择性扩环成氮杂环丁烷的成果。

    硫杂环丙烷由于C-S原子相似的电负性导致硫杂环中的碳原子亲电性较差，因而很难与缺电子的硫叶立德反应。但可以利用硫杂环中硫原子的亲核能力，在将其与将硫叶立德通过极性翻转后生成的亲电的金属-卡宾物种反应或可实现官能团化的硫杂环丁烷化合物的合成。在此过程中，我们课题组发现DMS(二甲基硫醚）的存在必不可少。经过机理研究发现，DMS不仅作为瞬时亲核试剂还可以当做离去基团，促进发生双亲核取代过程高效合成硫杂环丁烷化合物。值得一提的是，文中作者还系统研究了扩环区域选择性问题并且对硫杂四元环扩环成硫杂五元环的反应也进行了优化和拓展，并得到良好的结果。

图：亲电扩环反应

图：硫杂环丁烷扩环成硫杂五元环化合物

图：扩环区域选择性机理

该项工作作为封面文章已发表在美国化学志旗下有机领域国际顶级期刊《The Journal of Organic Chemistry》上，题为“Synthesis of Functionalized Thietanes via Electrophilic CarbenoidInduced Ring Expansion of Thiiranes with Sulfonium Acylmethylides as Carbene Precursors”。其中，本课题组博士研究生董军为第一作者，许家喜老师和杜洪光老师分别为第一、二通讯作者。

本工作由国家自然科学基金（21572017 和 21772010），中央高校基本科研专项基金（XK1802-6）支持。