咨询电话:021-58952328
Angew:(杂)芳基上α-羰基硫叶立德的分子内环化反应2020-05-11
近年来,作为重氮化合物的安全替代物,硫叶立德在金属催化反应中的应用备受关注。目前已有许多关于金属催化硫叶立德以形成碳-杂原子键的报道,尤其是在大规模的工业环境中。此外,研究人员还发展了α-羰基硫叶立德在金属催化下由碳氢键形成碳碳键的反应。然而,大多数策略需要使用导向基团。相反,无需导向基的C-H官能化的例子仅限于α,β-不饱和β-氨基-酯的反应。近日,英国利物浦大学Christophe Aϊssa课题组报道了无需金属和导向基参与的(杂)芳环上的α羰基硫叶立德的分子内环化反应(Figure 1)。该环化过程是由碱和HFIP(1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇)共同促进的。相反的是,吡咯和N-甲基吲哚的环化则需要在[{Ir(cod)Cl}2]存在下进行。相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上(DOI: 10.1002/anie.201910821)。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

作者在研究铑催化α-羰基硫叶立德的C-H交叉偶联的过程中,发现在60 ℃下用HFIP和碱处理底物2时,在无金属存在下就可以得到环化产物3。多种碱都可以促进反应进行,其中K2CO3进效果最好,收率为91%(eq 1)。值得注意的是,对照实验表明HFIP是必要的,反应在其他溶剂中不会进行(Table 1)。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

在最优反应条件下,作者考察了底物的适用范围(Figure 2)。连有吸电子或给电子的底物能以良好的收率获得茚满-2-酮(5a5f5h),而偕二甲基化的4g未能得到相应的5g产物。底物4h4n也可以区域选择性地进行环化反应,并以极好的收率得到5i5m。然而,4o则等摩尔地生成了两个可能的区域异构体5o

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

作者推测反应机理如下所示。起初,4a4o在碱性条件形成中间体I,其与IIIII是平衡的。III经途径(a)环化生成IV,然后芳构化得到产物5a5o。然而,作者在实验中发现,氧烯丙基阳离子V可能是从IIIIV的中间产物,并认为途径(b)是更可能的路径。首先,HFIP是一种非常强的H键供体,它可以促进III中C-S键的裂解。此外,据报道,HFIP和碱的组合在其他离去基团存在下会促进氧-烯丙基阳离子的形成。其次,当作者将R1为Me并且改变R2(H,p-iBu,p-OMe,p-Cl)时,获得的相对速率与Hammett σp参数具有良好的相关性(R2=0.97),并且反应常数为-0.6,这与其他实例中阳离子中间体的五中心4π-电环化的结果一致。因此,类似的机制可能适用于V重排为IV。第三,在不存在取代基R1的情况下,当R2p-OMe时,VVI之间的平衡使反应生成单一的溶剂分解产物7,收率为54%。只有当R1是甲基时才能部分避免该副反应,如4c反应得到5c6的混合物。此外,当R1不存在,R2p-CF3时,VII中的环丙酮部分经Favorskii重排得到产物8。当底物为4f时,R1取代基完全阻止了Favorskii重排。氧-烯丙基阳离子的4π-电环化也解释了产物5g的缺失和5k5m的区域选择性,这是因为另一种区域异构体不能遵循该机制。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

此外,吲哚衍生物9在该反应体系下能生成环化产物1011,其中10可能是中间体,其在相同条件下能转化为11(Scheme 1)。而苯并呋喃12以优异的收率得到单一产物13。然而,吡咯14在标准条件下只生成溶剂化的产物15,原因可能是91214可以形成氧烯丙基阳离子,但14不能经历五中心4π-电环化反应。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

随后,基于以往的专利报道,作者对吡咯上硫叶立德的环化反应条件进行了优化,发现以1 mo%的[{Ir(cod)Cl}2]为催化剂,反应在微波加热下能顺利得到产物18。多种底物可以较好的收率得到相应的环化产物18c18e,且对吡咯C-H键的官能化具有优异的选择性。重要地是,在铱催化下反应也能以良好的收率选择地得到六元至八元环化合物18f18h

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

为深入了解该铱催化反应的机理,作者进行了氘标记实验。21和[D1]21的平行实验表明反应并没有动力学同位素效应(kH/kD=1.0)。这些结果表明,在催化剂存在下,硫叶立德产生卡宾VIII,其经亲核进攻以生成IX,然后经快速的1,2-氘迁移形成X;接着经还原消除和再芳构化得到产物[Dn]22。或者,VIII经环丙烷化生成XIIXII变成两性离子XIII,其也可经历1,2-迁移产生XI。这一反应路径也可以解释氘代标记的结果。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

总之,作者发展了(杂)芳环上α-羰基硫叶立德的化学特异性的分子内环化反应。这表明α-羰基硫叶立德不仅具有良好的安全性,其反应性也与α-重氮酮或其他前体明显不同。

最新产品
园区介绍