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[3,3]-σ重排反應(yīng)是一類基本且發(fā)展成熟的有機(jī)反應(yīng)。許多人名反應(yīng)均基于[3,3]-σ重排反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。該重排反應(yīng)受到廣泛關(guān)注主要是因?yàn)槠渥陨?/span>通常具有較高的化學(xué)、區(qū)域和立體選擇性。 [5,5]-σ重排反應(yīng)與[3,3]-σ重排反應(yīng)一樣都遵循伍德沃德-霍夫曼規(guī)則，但關(guān)于[5,5]-σ重排反應(yīng)的報(bào)道卻很少。Claisen型苯基二烯基醚發(fā)生重排反應(yīng)，生成對(duì)位官能團(tuán)化的酚類是一種典型的[5,5]-σ重排反應(yīng)(Scheme 1a(1))。盡管Naruta課題組報(bào)道的該反應(yīng)具有良好的區(qū)域選擇性，但卻因?yàn)榈孜?/span>有限，未能引起研究者太多的關(guān)注。聯(lián)苯胺重排則是另外一種典型的[5,5]-σ重排反應(yīng)(Scheme 1a(2))，但該反應(yīng)會(huì)生成很多副產(chǎn)物。亞胺苯醌縮酮和苯酚發(fā)生加成反應(yīng)形成遠(yuǎn)端C-N鍵也是通過[5,5]-σ重排反應(yīng)進(jìn)行的(Scheme 1a(3))。除上述報(bào)道以外，目前選擇性高且底物適用范圍廣的[5,5]-σ重排反應(yīng)還未見報(bào)道。

最近，作者報(bào)道了芳基亞砜的鄰位C-H鍵發(fā)生氰基烷基化反應(yīng)(Scheme 1b)。該反應(yīng)經(jīng)歷了[3,3]-σ重排反應(yīng)生成鄰氰基烷基化產(chǎn)物。受到該成功報(bào)道的啟發(fā)，作者希望借助“組裝/脫質(zhì)子”策略，構(gòu)建乙烯基烯酮亞胺亞硫鎓鹽中間體，進(jìn)而通過[5,5]-σ重排反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)芳基亞砜的對(duì)位C-H鍵官能團(tuán)化(Scheme 1c)。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

作者首先以二苯基亞砜1a與烯丙基腈2a為模板底物，反應(yīng)條件與之前報(bào)道的芳基亞砜發(fā)生鄰氰基烷基化反應(yīng)的反應(yīng)條件相同(entry1,Table 1)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不僅可以得到鄰氰基烷基化產(chǎn)物（收率為12％），而且可以得到主產(chǎn)物對(duì)烷基芳基硫醚4aa（收率為39％）。優(yōu)化反應(yīng)條件后，作者發(fā)現(xiàn)通過降低溫度同時(shí)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間（Tf₂O，-60 ℃，18 h; DABCO，-100 °C，0.5 h）可以顯著的提高4aa的收率（從39％提高到84％）。經(jīng)過一系列條件優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)采用相對(duì)較低的溫度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間可以顯著提高對(duì)位重排的產(chǎn)物4aa。另外值得注意的是堿的選擇對(duì)反應(yīng)的選擇性至關(guān)重要。DABCO要優(yōu)于其它的堿，但目前堿影響區(qū)域選擇性的原因還不清楚。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

在最優(yōu)反應(yīng)條件下，作者考察了對(duì)位C-H鍵氰基烷基化反應(yīng)的底物范圍。值得高興的是，不論何種取代的烯丙基腈均能耐受該反應(yīng)條件，且都能以較高收率得到目標(biāo)產(chǎn)物(Scheme 2)。改變烯丙基腈γ-位上的烷基鏈（2b-2f）對(duì)反應(yīng)結(jié)果沒有明顯的影響。但γ-位上換成位阻更大的仲烷基鏈2g，則產(chǎn)物的收率會(huì)適當(dāng)?shù)慕档?，同時(shí)有明顯的副產(chǎn)物生成。當(dāng)γ-位上取代基為環(huán)戊烷時(shí)，可以觀察到少量副產(chǎn)物的生成，但無法得到純的副產(chǎn)物。值得一提的是，高度親電的官能團(tuán)如不飽和酯（4aq）和苯甲酰氯（4as）也具有很好的兼容性。然而，β-取代烯丙基腈（2a'，2b'）得到的產(chǎn)物收率非常低。緊接著，作者用各種取代的芳基亞砜來探索該反應(yīng)的普遍性(Scheme 2)。帶吸電子基團(tuán)（Cl，Br，COOMe）的二芳基亞砜（1b，1c，1e-1g）能很好的適應(yīng)反應(yīng)條件，以良好的收率得到產(chǎn)物。如果取代基換成給電子基（1d，1h），則不能得到產(chǎn)物或產(chǎn)物收率很低。這些結(jié)果表明該反應(yīng)受電子效應(yīng)影響很大。給電子的甲基苯基亞砜1i也不能得到目標(biāo)產(chǎn)物。但值得高興的是，氯甲基亞砜1j和正丁基亞砜1k可以得到收率較低的目標(biāo)產(chǎn)物。若將堿由DBACO改為DIPEA可顯著提高4ja和4ka的收率（分別為72％和66％）。然而，即使采用DIPEA作為堿，1i也不能得到目標(biāo)產(chǎn)物。作者推測(cè)可能是因?yàn)?/span>1i的伯烷基容易在堿性作用下發(fā)生去質(zhì)子化作用。此外，間位取代和鄰位取代的烷基芳基亞砜均能較好的生成目標(biāo)產(chǎn)物，而對(duì)位取代的芳基亞砜1q和1r只能得到復(fù)雜的混合物。

 （圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

為了闡明反應(yīng)機(jī)制，作者進(jìn)行了密度泛函理論（DFT）研究（Figure 1）。Figure 1中詳細(xì)的描述了完整的反應(yīng)途徑。沿著黑色路徑前進(jìn)，首先是Tf₂O激活1a產(chǎn)生離子對(duì)，然后離子對(duì)與2a作用形成更穩(wěn)定的三元中間體IM1。緊接著，IM1中間體受到腈基的親核進(jìn)攻經(jīng)歷TS1過渡態(tài)，最終生成IM2中間體。末端烯基也可進(jìn)攻IM1中間體，形成的TS1a過渡態(tài)不如TS1中間體穩(wěn)定，可能是因?yàn)橄┗挠H核性不如腈基強(qiáng)。此外，與末端烯基相比，暴露的腈基能夠提供S^δ+和O^δ-Tf之間所需的靜電吸引力，而TS1a過渡態(tài)中不存在這種靜電吸引力。為了證明計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，作者進(jìn)一步進(jìn)行了在線核磁研究。NMR顯示：標(biāo)準(zhǔn)條件下，不加入DABCO，IM2中間體依舊會(huì)生成。IM2中間體生成后，DABCO活化IM2中間體發(fā)生去質(zhì)子化作用形成過渡態(tài)TS2，進(jìn)而發(fā)生E1cB消除反應(yīng)，最終生成乙烯基酮亞胺锍中間體IM3。IM3中間體既可發(fā)生[5,5]-σ重排反應(yīng)又可發(fā)生[3,3] -σ重排反應(yīng)。而TS3過渡態(tài)發(fā)生[5,5]-σ重排反應(yīng)所需的能量比TS3a過渡態(tài)發(fā)生[3,3]-σ重排反應(yīng)所需的能量低。其次，六元環(huán)的環(huán)張力不利于[3,3]-σ重排反應(yīng)。所以，最終TS3過渡態(tài)發(fā)生[5,5]-σ重排反應(yīng)生成IM4中間體，IM4中間體脫芳基化最終生成產(chǎn)物4aa。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

為了證明產(chǎn)物的應(yīng)用潛力，作者又對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行了一系列的衍生反應(yīng)和克級(jí)反應(yīng)（Scheme 3）。作者充分利用每個(gè)官能團(tuán)進(jìn)行衍生反應(yīng)，包括還原、氫化、脫硫、氧化等均能得到良好到優(yōu)秀的產(chǎn)率。同時(shí)，作者還做了克級(jí)規(guī)模反應(yīng)，能以良好的收率制備10克以上的化合物4aa。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

小結(jié)：借助“組裝/脫質(zhì)子”策略，彭勃課題組與汪志祥課題組合作，發(fā)展了芳基亞砜與烯丙基腈的高選擇性[5,5]-σ重排。該反應(yīng)克服了[5,5]-σ重排反應(yīng)中經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題，表現(xiàn)出優(yōu)良的化學(xué)和區(qū)域選擇性，良好的官能團(tuán)兼容性和廣泛的底物范圍。本文的研究為[5,5]-σ重排反應(yīng)的發(fā)展提供了新思路。

撰稿人：暖冬