Chem. Eur. J. ：通过重氮烷与烯胺和硫叶立德反应的动力学与机理研究量化重氮烷的亲电性

重氮烷是一类重要且反应性丰富的结构，具有包括亲核性、亲电性及1,3-偶极体的多种反应性。慕尼黑大学Mayr教授课题组通过对重氮烷与烯胺及硫叶立德亲电反应的动力学和机理研究，实现了对重氮烷亲电性的首次量化，从而确立了可与重氮烷发生重氮耦合反应的亲核试剂范畴。

如图1所示，该研究证实了α-重氮酯与烯胺的反应并非协同1,3-偶极环加成机理，而是经由初始产物腙烯胺，通过中间产物两性离子的环加成及质子转移给出最终产物吡唑啉。

图 1 α-重氮酯与烯胺的反应机理

重氮烷与烯胺反应的速率通过定量核磁动力学测定。由于反应决速步骤仅涉及单个C-C键的形成，因此方程式（1）得以应用于重氮烷亲电性的量化。该方程中，k代表20 °C下亲电试剂和亲核试剂反应的二级速率常数，N和s_N为亲核试剂特定的、溶剂相关的参数，E为亲电参数。

该课题组证实了α-吸电子基团对重氮烷的亲核性具有强力影响，而对其亲电性的影响微乎其微。例如，重氮乙酸酯的亲核性大于重氮丙二酸酯五个数量级，而这两者的亲电性几乎相同。这是由于α-酯基π轨道与α-碳原子p轨道（亲核性相关）之间的相互作用要比其与重氮烷的π*_N=N轨道（亲电性相关）之间的相互作用强得多。

图 2 重氮乙酸酯的π*N=N轨道（最低未占分子轨道，LUMO）及LUMO+1

在过去的几十年间，前沿分子轨道（Frontier Molecular Orbitals，FMO）理论对于重氮烷参与的1,3-偶极环加成反应的研究着重于三中心-四电子异炔丙基π体系（3-center-4-electron heteropropargyl π-system），而忽略了π*_N=N作为重氮烷真正的最低未占分子轨道（Lowest Unoccupied Molecular Orbital，LUMO）的作用。因此，对FMO理论应用于涉及重氮烷的1,3-偶极环加成反应的解读应予以审视及纠正。

论文信息

Quantification of the Electrophilicities of Diazoalkanes: Kinetics and Mechanism of Azo Couplings with Enamines and Sulfonium Ylides

Le Li, Robert J. Mayer, David S. Stephenson, Peter Mayer, Armin R. Ofial, Herbert Mayr

文章第一作者为慕尼黑大学博士研究生李乐

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202201376