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EurJOC:环状α-重氮羰基化合物的亲核性研究2023-04-20
对化合物结构与其反应活性之间的相关性的研究是物理有机化学中最重要的课题之一。亲核性参数反映分子与亲电试剂的相对反应活性。对于本文中涉及的环α-重氮羰基化合物与乙炔二甲酸二甲酯(DMAD,Me2OCC≡CCO2Me)的1,3-偶极环加成反应,重氮化合物的亲核性参数同样反映出该类化合物在协同1,3-偶极环加成反应中的相对活性。

最近,慕尼黑大学的Ofial课题组通过对环α-重氮羰基化合物与二苯甲基碳正离子(亲电参数E已知)在20 °C下二氯甲烷中的反应的动力学研究,基于Mayr-Patz方程式得到了这些重氮化合物的亲核性参数N和sN

 

 

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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sN为亲核试剂特定的、溶剂相关的参数,E为亲电参数。该方程通常适用于反应决速步中仅涉及单个C-X键(X代表C、N、O等原子)的形成。因此,亲核参数N也称为单键亲核参数。

该文章测定的环α-重氮羰基化合物1的单键亲核参数N(和sN)涵盖了从N = 0.14到N = 5.08的5个数量级(如下图左所示),其中亲核性最高的是2-重氮茚-1-酮(1a,N = 5.08),亲核性最弱的是重氮茚-1,3-二酮(1i,N = 0.14)。环α-重氮羰基化合物的亲核活性与端基烯烃(0 < N < 3)、烯丙基硅烷、乙基乙烯基醚(N = 3.92)、炔酰胺及吡咯(N = 4.63)的亲核性类似。因此,能够与端基烯烃等上述亲核试剂反应的化合物也应能与本文中涉及的重氮羰基化合物以合适的速率反应。

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环α-重氮羰基化合物1a–i与乙炔二甲酸二甲酯的1,3-偶极环加成反应首先生成螺环3H-吡唑(结构如上图右所示)。该类化合物在加热条件下发生[1,5]-σ重排(也称为van Alphen-Hüttel重排),从而生成1H-吡唑稠合三环产物。

重氮化合物1a–c,g(N > 2)与DMAD的反应时间不超过10小时,亲核性相对较弱的1h 和1i与DMAD的反应则需要更久或更高的反应温度,而亲核性更弱的1j与DMAD的反应在75 °C下加热50小时的条件下并未给出产物。

该研究中测定的亲核参数N可应用于预测环α-重氮羰基化合物与其他亲电试剂的反应。重氮化合物的单键亲核参数N也可反映出该类化合物在协同1,3-偶极环加成反应的相对速率。此外,本文中涉及的(3+2)-环加成/[1,5]-σ重排串联反应可应用于合成具有生物活性的、多环稠合吡唑衍生物。

文信息

Nucleophilicities of Cyclic α-Diazo Carbonyl Compounds

Le Li, Jer-Ray Hsu, Hongqing Zhao, Dr. Armin R. Ofial

文章的第一作者是慕尼黑大学的博士生李乐。

European Journal of Organic Chemistry 

DOI: 10.1002/ejoc.202300005