(圖片來(lái)源:Green Chem.)
具有電子和結(jié)構(gòu)特性的砜、磺酰胺和磺酰氟廣泛存在于各種天然產(chǎn)物、農(nóng)用化學(xué)品和藥物中,如抗癌與抗炎藥比卡魯胺和阿普斯特、殺蟲(chóng)劑氟蟲(chóng)雙酰胺等(Scheme 1A)。亞磺酸鹽是合成含有磺?;苌锏耐ㄓ弥虚g體,在過(guò)去的幾十年中,亞磺酸鹽的合成備受關(guān)注,并已取得一定的進(jìn)展。其中,Smiles重排反應(yīng)是合成亞磺酸鹽的有效方法。早在1970年代,Speckamp等課題組開(kāi)發(fā)了涉及自由基化學(xué)的Smiles重排反應(yīng),近幾十年來(lái),自由基Smiles重排反應(yīng)已取得一定的成果。通過(guò)該策略,可合成N-雜環(huán)和(雜)芳基化合物以及實(shí)現(xiàn)烯烴和炔烴的雙官能團(tuán)化反應(yīng)。值得注意的是,Nevado課題組報(bào)道了通過(guò)過(guò)渡金屬催化的自由基Smiles重排反應(yīng)合成了N-雜環(huán)化合物,Stephenson課題組利用可見(jiàn)光介導(dǎo)的自由基Smiles重排合成了一系列結(jié)構(gòu)復(fù)雜的(雜)芳基化合物(Scheme 1B-1)。Stephenson和朱晨課題組通過(guò)光氧化還原催化自由基Smiles重排分別實(shí)現(xiàn)了非活化烯烴的雙官能化反應(yīng),隨后進(jìn)行磺?;拿摮⊿cheme 1B-2)。值得注意的是,對(duì)于磺酰基的保留,是一種更原子經(jīng)濟(jì)性的策略,但很少有文獻(xiàn)報(bào)道。在此,南開(kāi)大學(xué)汪清民、劉玉秀、宋紅健團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種使用Langlois’試劑 (CF3SO2Na)或芳基亞磺酸鈉作為非活化烯烴雙官能團(tuán)化反應(yīng)的自由基前體,通過(guò)可見(jiàn)光介導(dǎo)的自由基Smiles重排反應(yīng),可合成一系列脂肪族亞磺酸鹽(Scheme 1C)。
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首先,作者以1a作為模型底物,與CF3SO2Na(2a)反應(yīng),進(jìn)行了相關(guān)反應(yīng)條件的篩選(Table 1)。當(dāng)以[Ir(dF(CF3)ppy)2(dtbbpy)]PF6作為光催化劑,Na2CO3作堿,在EA/H2O(10:1)的混合溶劑中于30 W的藍(lán)色LEDs輻射下室溫反應(yīng)24 h后,再與BnBr反應(yīng),即可以75%的收率獲得產(chǎn)物3a。
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在獲得上述最佳反應(yīng)條件后,作者首先對(duì)丁烯基雜芳基砜1的底物范圍進(jìn)行了擴(kuò)展(Scheme 2)。首先,當(dāng)?shù)孜?/span>1中的雜芳基為具有不同電性取代的苯并噻唑時(shí),均可與CF3SO2Na順利反應(yīng),獲得相應(yīng)的產(chǎn)物3a-3g,收率為51-78%。其次,當(dāng)?shù)孜?/span>1中的雜芳基為苯并噁唑、嘧啶、噻唑時(shí),可獲得相應(yīng)的產(chǎn)物3h-3l,收率為60-75%。然而,當(dāng)遷移基團(tuán)為含有缺電子4-F或富電子4-OMe取代的苯環(huán)時(shí),未能獲得所需的產(chǎn)物(如3o和3p)。此外,HCF2SO2Na(2b)也是合適的自由基前體,獲得相應(yīng)的產(chǎn)物3m-3n,收率為57-70%。
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緊接著,作者發(fā)現(xiàn),當(dāng)以芳基亞磺酸鈉4作為自由基前體,需在優(yōu)化的條件下(將溶劑改為CH3CN/H2O = 5:1,額外的水可促進(jìn)4a的溶解以生成芳基磺?;杂苫?,才能確保反應(yīng)順利進(jìn)行。同時(shí),作者對(duì)有機(jī)亞磺酸鈉4的底物范圍進(jìn)行了擴(kuò)展(Scheme 3)。首先,當(dāng)?shù)孜?/span>4中的R為一系列具有不同電性的芳基取代時(shí),均可順利反應(yīng),獲得相應(yīng)的產(chǎn)物5a-5h,收率為27-71%。其次,當(dāng)?shù)孜?/span>2中的R為萘基、苯并呋喃基、乙基等時(shí),可獲得相應(yīng)的產(chǎn)物5i-5l,收率為43-65%。此外,當(dāng)?shù)孜?/span>1中的雜芳基為含有取代基的苯并噻唑、苯并噁唑、嘧啶或噻唑時(shí),也均與體系兼容,獲得相應(yīng)的產(chǎn)物5m-5p,收率為38-59%。值得注意的是,1a和4a的克級(jí)規(guī)模實(shí)驗(yàn),可獲得71%收率的產(chǎn)物5a,收率略有下降。
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為了進(jìn)一步證明反應(yīng)的實(shí)用性,作者以1a作為底物,進(jìn)行了多種一鍋法轉(zhuǎn)化反應(yīng)(Scheme 4)。首先,各種親電試劑均可與1a、2a/4a順利反應(yīng),獲得相應(yīng)的烷基砜衍生物6a-6f,收率為60-75%。其次,通過(guò)該策略很容易引入相應(yīng)的雜原子,如6g-6h。
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為了進(jìn)一步了解反應(yīng)遷移的過(guò)程,作者選擇了具有不同長(zhǎng)度烷基鏈和三取代乙烯基單元的砜底物,對(duì)反應(yīng)進(jìn)行了研究(Scheme 5)。當(dāng)n為1或2時(shí),無(wú)論R1是甲基還是氫,均可順利反應(yīng),獲得相應(yīng)的產(chǎn)物6j-6n,收率為49-74%。上述結(jié)果表明,對(duì)于自由基Smiles重排,五元和六元環(huán)過(guò)渡態(tài)是可以接受的。然而,當(dāng)n為0、3或4時(shí),反應(yīng)未能進(jìn)行(如6o-6q),從而表明四元、七元和八元環(huán)過(guò)渡態(tài)是不合適的。
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為了進(jìn)一步了解反應(yīng)的機(jī)理,作者進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究(Scheme 6)。首先,在1a與2a的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)體系中加入由基抑制劑TEMPO或BHT時(shí),反應(yīng)受到抑制,同時(shí)通過(guò)HRMS檢測(cè)到自由基加合物3ab和3ac的生成,從而表明衍生自CF3SO2Na的三氟甲基自由基可迅速與非活化烯烴反應(yīng),生成新的烷基自由基中間體(Scheme 6A)。其次,在1a與4a的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)體系中加入三當(dāng)量的BHT時(shí),5a的形成也受到抑制(Scheme 6B)。上述結(jié)果表明,反應(yīng)涉及自由基途徑進(jìn)行。此外,當(dāng)使用1e、1o與4a進(jìn)行混合反應(yīng)時(shí),可獲得產(chǎn)物3e(47%)和6b(56%),從而表明反應(yīng)涉及分子內(nèi)的自由基Smiles重排過(guò)程(Scheme 6C)。
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基于上述的研究以及相關(guān)文獻(xiàn)的查閱,作者提出了一種合理的催化循環(huán)過(guò)程(Scheme 7)。首先,[Ir(dF(CF3)ppy)2(dtbbpy)]PF6在可見(jiàn)光輻射下,可生成長(zhǎng)壽命的光激發(fā)*IrIII配合物。*IrIII配合物是一種強(qiáng)氧化劑,可與CF3SO2Na或ArSO2Na 經(jīng)單電子轉(zhuǎn)移,生成三氟甲基或磺?;杂苫虸rII。隨后,該自由基可與烯烴1反應(yīng)生成新的烷基自由基中間體(I),雜芳基立即捕獲中間體I,再經(jīng)分子內(nèi)遷移,從而生成中間體III。最后,中間體III可與還原性的光催化劑IrII發(fā)生單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物IV,并再生*IrIII配合物,從而完成催化循環(huán)。
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總結(jié):南開(kāi)大學(xué)汪清民、劉玉秀、宋紅健團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種溫和、高效且原子經(jīng)濟(jì)性的可見(jiàn)光誘導(dǎo)自由基Smiles重排反應(yīng)(無(wú)需釋放SO2),從而合成了一系列烷基磺酸鹽衍生物,可進(jìn)一步而轉(zhuǎn)化為具有價(jià)值的有機(jī)硫化合物。同時(shí),該策略具有良好的官能團(tuán)兼容性,并可用于一些具有雜芳基烷基砜骨架新藥的開(kāi)發(fā)。
參考資料:https://mp.weixin.qq.com/s/66EgRbXX1phMnxK1gW46LQ
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