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Asian J. Org. Chem. :Rh(III)催化C−H烷基化/[5 + 1]环化构建5-酰基萘并咔唑的合成方法2022-04-23
苯并咔唑不仅是许多抗病毒、抗菌、抗癌以及刺激神经组织药物的基本骨架,而且还被广泛应用于生物探针、荧光染料和光电材料等领域,显示出重要的应用前景。其中,5-酰基萘并咔唑类化合物通常具有良好的抗癌活性,因此其合成与生物活性研究一直受到人们的广泛关注。目前,该类化合物的合成方法仍很有限,最常用的方法就是从苯肼和环酮类化合物出发,经费舍尔合成法制得最初的吲哚原料,再经过多步反应合成5-酰基萘并咔唑。这一方法尽管比较有效,但需要使用大量辅助材料和对环境影响较大的溶剂作为反应介质时才能使反应顺利进行,存在过程繁琐、条件复杂、原子经济性差等缺点,限制了该类化合物的大量合成。此外,利用该方法得到的产物结构多样性不足,不能满足后续生物活性的研究。因此,研究并开发5-酰基萘并咔唑类化合物的简便、高效合成新方法具有重要意义。

近年来,过渡金属催化导向基螯合辅助的C−H官能团化以及后续导向基参与的分子内环化反应避免了导向基的脱除、转化等繁琐过程,具有步骤简单、合成效率高和原子经济性好等优点,已成为合成功能化多环化合物的最有效策略之一。

近日,河南师范大学范学森课题组李彬博士和张新迎教授,在该课题组过渡金属催化导向基螯合辅助的C−H官能团化/环化反应研究工作基础上,发展了三价铑催化的2-芳基-3-酰基-吲哚类化合物和α-羰基重氮化合物之间的[5 + 1]环化反应,成功制备了50多个带有不同取代基团的5-酰基芳环并咔唑类化合物。同时,作者还在系统的实验研究基础上提出了可能的反应机理。进一步的研究表明,该反应可扩大至克级规模。最后,通过所得产物的结构衍生化合成了具有良好抗肿瘤活性的化合物,彰显了该反应的应用价值。

首先,作者以2-苯基-3-酰基-吲哚1a和苯甲酰基重氮乙酸乙酯2a为模板原料对该反应的条件进行了筛选。实验结果表明,反应在最优条件下能以82%的收率得到目标化合物。在最优条件下,作者考察了该方法的底物适用范围。研究表明,一系列不同的底物均能以良好至优异的收率得到相应5-酯基萘并咔唑类化合物(图1)。

图1 底物的适用范围(1)

接下来,当使用环状α-重氮-1,3-二酮类化合物3作为卡宾前体时,发现该反应经历C−H烷基化/逆Claisen缩合/aldol反应/脱水芳构化等步骤得到5-羰基萘并咔唑类化合物。同时,作者也对该反应的底物适用范围进行了探究,并得到一系列5-羰基萘并咔唑类化合物(图2)。

图2 底物的适用范围(2)

最后,在一系列的控制实验结果和文献的研究基础上,作者对反应的机理进行了推测(图4)。第一个阶段,在原位生成的活性催化剂的催化下,吲哚2-位苯环的邻位发生了烷基化反应。第二个阶段,当烷基是链状时,中间体经过分子内aldol反应和脱酸芳构化得到产物3a;当烷基是环状时,中间体会经过逆Claisen缩合/aldol反应/脱水芳构化得到产物5a。

图4 推测的反应机理

总之,作者发展了一种Rh(III)催化导向基螯合辅助的C−H烷基化/环化合成5-酰基取代萘并咔唑类化合物的有效方法。该反应不仅具有良好的底物适用性,在克级规模制备时也能表现出优异的结果。另外,通过对反应产物的结构衍生,能够简捷高效地合成具有抗肿瘤活性的先导化合物。与文献方法相比,该方法具有原料易得、操作过程简便、官能团耐受性好、效率高等显著特点。

文信息

Rh(III)-Catalyzed Reaction of 2-Aryl-3-acyl-1H-indoles with α-Diazo Carbonyl Compounds: Synthesis of 5-Carbonyl Substituted Benzo[a]carbazoles via [5+1] Annulation

Dr. Bin Li, Nana Shen, Kelin Wang, Prof. Xuesen Fan, Prof. Xinying Zhang

Asian Journal of Organic Chemistry

DOI: 10.1002/ajoc.202100710

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