(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
芳環(huán)的C-H芳基化反應(yīng)可以追溯到上世紀20年代的芳基重氮鹽的芳基化反應(yīng)。盡管芳基重氮鹽可以很方便地生成聯(lián)芳烴類化合物,但重氮鹽通常不穩(wěn)定,且其制備往往需要繁瑣的步驟。最近,已有通過甲硅烷基,苯乙烯基或α-氨基烷基自由基活化芳基鹵素原子以生成芳基自由基的報道,但這些方法均不適合后期官能化。金屬催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)是形成聯(lián)芳基結(jié)構(gòu)的可靠方法,但偶聯(lián)子往往需要預(yù)官能團化。芳基硫鎓鹽的反應(yīng)活性比芳基鹵化物高,且可在多種條件下被活化(Scheme 1A)。同時,其熱穩(wěn)定性更高,并且其可通過C-H官能團化一步生成。使用光氧化還原催化劑,可以由硫鎓鹽生成芳基自由基以進行多種交叉偶聯(lián)反應(yīng)。值得注意的是,目前尚未有以α-氨基烷基自由基來活化硫鎓鹽的報道,結(jié)合芳基硫鎓鹽反應(yīng)的高區(qū)域選擇性,其新活化方式的開發(fā)十分有意義。在利用硫鎓鹽的獨特反應(yīng)性作為類邁克爾受體開發(fā)通用的移位取代反應(yīng)的過程中,作者認為親核的自由基可以進攻缺電子的硫鎓鹽。因此,他們通過用α-氨基烷基自由基活化而探索了烷基鹵代物作為烷基自由基的前體。然而,作者發(fā)現(xiàn)硫鎓鹽的C-S鍵被活化。因此,基于上述觀察,作者設(shè)想使用α-氨基烷基自由基產(chǎn)生芳基自由基并實現(xiàn)芳基硫鎓鹽的雜芳基化反應(yīng)。該反應(yīng)無需光照和催化劑,在設(shè)想的條件下,水楊素五乙酸酯1的咪唑化反應(yīng)能以54%的收率得到目標產(chǎn)物,初步證明該反應(yīng)具有修飾復(fù)雜底物的能力(Scheme 1B)。
通過對反應(yīng)條件進行優(yōu)化,作者發(fā)現(xiàn)在DMSO/水的混合溶劑中,以三丁基胺為自由基前體,以Na2S2O8為氧化劑是最優(yōu)條件。對照實驗表明,Na2S2O8和三丁基胺對反應(yīng)是必須的。同時,芳基自由基是良好的氫受體,而胺是好的氫供體,但反應(yīng)中過量的胺并沒有導致氫化產(chǎn)物生成,這是由于三丁基胺與DMSO/水混合物不互溶。這一兩相反應(yīng)條件可以在氧化劑和還原劑同時存在的情況下進行反應(yīng)。該反應(yīng)操作簡單,使用惰性條件,且適用于各種自由基受體(Table 1)。衍生自電中性芳基、缺電子芳基和富電子芳基的硫鎓鹽均適用于該反應(yīng)。此外,盡管該反應(yīng)以過硫酸鹽作為氧化劑,但對氧化劑不穩(wěn)定的底物在該條件下是耐受的,這可能是因為反應(yīng)體系內(nèi)過量胺可以穩(wěn)定反應(yīng)體系,因此利用該條件可以制備對氧化條件敏感的N-甲基吡咯衍生物。該反應(yīng)同樣可用于復(fù)雜分子的后期修飾,作者對一系列藥物分子和天然產(chǎn)物進行了衍生化得到了芳基化的活性分子。
(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
作者設(shè)想的反應(yīng)機理如下(Scheme 2)。胺通過單電子氧化產(chǎn)生胺自由基陽離子,去質(zhì)子化后產(chǎn)生α-氨基烷基自由基,其為強還原劑,能夠與硫鎓鹽進行單電子轉(zhuǎn)移使硫鎓鹽快速離解成噻吩基和芳基自由基。最后芳基自由基經(jīng)自由基加成、過硫酸鹽氧化、去質(zhì)子生成目標產(chǎn)物。此外,文獻報道甲硅烷基自由基會攫取芳基鹵素原子以及含硫官能團生成自由基,但甲硅烷基自由基無法與芳基硫鎓鹽反應(yīng)。此外,與光氧化還原芳基化類似,該反應(yīng)會因弱氧化劑如硝基苯淬滅,表明該反應(yīng)是通過單電子途徑進行的。但該反應(yīng)不需要光也可進行。
(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
為了證明該方法的實用性,作者進行了化合物27的規(guī)?;苽洌⊿cheme 3),并得到5.41 g產(chǎn)物。當以雜芳烴作助溶劑時,轉(zhuǎn)化率最高。該方案適用于簡單雜環(huán)的后期官能化反應(yīng)。在使用低至20當量雜芳烴時即可以優(yōu)秀收率生成產(chǎn)物。值得注意的是,該反應(yīng)具有高化學選擇性,芳基溴在此條件下是穩(wěn)定的,為產(chǎn)物的進一步轉(zhuǎn)化提供了便利。
(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
除芳基化外,α-氨基烷基自由基活化芳基硫鎓鹽還可用于其他轉(zhuǎn)化,例如硼化、碘化和烯丙基化(Scheme 4)。在這些轉(zhuǎn)化中,商業(yè)可得的底物均可直接發(fā)生反應(yīng)而無需預(yù)先轉(zhuǎn)化為金屬試劑。
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總結(jié):德國馬克思-普朗克研究所的Tobias Ritter教授發(fā)展了以α-氨基烷基自由基活化芳基硫鎓鹽的方法,開發(fā)了芳基硫鎓鹽的芳基化反應(yīng),該反應(yīng)條件溫和,可用作復(fù)雜分子的后期修飾。此外,該反應(yīng)也可用作其他化學轉(zhuǎn)化,如硼化、碘化、烯丙基化,彰顯了反應(yīng)的便利性和靈活性,為新型自由基反應(yīng)的開發(fā)以及生物活性分子的后期修飾提供了指導。