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Angew. Chem. :自由基-极性交叉环加成反应实现环胺的合成2024-04-28
从简单底物一步快速构建具有高应附加值的环胺结构,是一种理想且高效的合成思路。尽管目前已经报道了大量关于环胺合成的研究,但往往仅局限于单组份或双组分反应,通过简单底物的多组分合成依旧非常困难。同时,在传统方法中,通常难以合成β取代的环状胺,且由于位阻效应,β, β-二取代的环状胺的合成则更具有挑战性。

近年来,随着光催化氧化还原反应的突破,环状胺的自由基合成方法取得了长足的进展。上海科技大学黄焕明团队基于氮自由基化学突破性工作的启发,发展了自由基-极性交叉环加成反应(RPCC)用于杂环化合物的合成新方法,为构建β取代环胺提供了新的逆合成思路。该反应可实现在温和的光氧化还原条件下从伯磺酰胺、未活化的烯烃和活化的烯烃合成环胺,且反应有着出色的兼容性。此外,还可以使用伯磺酰胺、未活化的烯烃和催化量的芳基硫醇来生成β-单取代环胺。

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图 1 RPCC策略合成环胺反应设计

在最优条件下,作者对磺酰胺、未活化烯烃以及活化烯烃的适用范围进行了考察。结果表明,反应对于磺酰胺、非活化烯烃、活化烯烃都有着非常好的兼容性。值得一提的是,通过离去基团与烯烃间碳链长度的变化,可以实现五元、六元、七元氮杂环的合成,并且还可合成氮杂螺环和氮氧杂环。令人欣喜的是,塞来昔布、甾体等天然产物在此反应体系中依然有着较高的收率。

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图 2 二取代环胺底物拓展

作者在反应过程中发现,将催化量的硫酚替代活化烯烃,可以实现β单取代烯烃的合成,并且反应仍然具有极好的兼容性。

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图 3 单取代环胺的底物拓展

为了证明反应的实用性,作者进行了克级反应,当反应以5 mmol规模进行时,可以以84%的收率得到1.55 g产物。作者通过自由基捕获和自由基开环实验证明了反应的自由基机理,荧光淬灭实验则证明了光催化剂和底物需要在碱的协同作用下,才能发生单电子还原过程。基于以上研究,作者提出了如下机理。

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图 4 克级反应及机理研究

黄焕明课题组开发了一种自由基-极性交叉环加成新方法,用于在温和的光氧化还原条件下从伯磺酰胺、未活化的烯烃和活化的烯烃合成环胺,反应有着出色的兼容性。此外,还可以使用伯磺酰胺、未活化的烯烃和催化量的芳基硫醇来生成β-单取代环胺。值得一提的是,该工作突破性地首次将伯磺酰胺同时作为氮中心自由基前体和亲核试剂。同时,本工作提出的RPCC合成方法可以成为杂环合成的通用策略,并且伯磺酰胺作为双功能试剂有着进一步的发展潜力。

文信息

Cyclic Amine Synthesis via Catalytic Radical-Polar Crossover Cycloadditions

Ying Zhang, Shu-Sheng Chen, Kai-Dian Li and Huan-Ming Huang*

上海科技大学研究生张莹为该论文的第一作者,黄焕明教授为唯一通讯作者,上海科技大学为唯一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金委、上海科技大学启动金等项目的资助。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202401671

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