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武汉大学雷爱文和江建纬团队Angew: 通过可见光诱导的噻吩与炔烃发生[4+2]环化反应来合成苯环类化合物

来源(皇冠hg865|官方网站加(ID:tryingchem))???2019-07-16
导读:[4+2]环加成是有机合成中构建六元环化合物最常用的一种方法之一,可以一步发生六根皇冠hg865|官方网站键的断裂与形成,是合成六元环化合物的重要方法,在天然产物全合成、稠环共轭芳烃合成以及药物分子合成等领域具有十分广泛的应用。近日,武汉大学雷爱文教授和江建纬副教授等人合作报道了一种通过可见光诱导的噻吩与炔烃发生[4+2]环化来制备苯环类化合物的新方法。该成果发表在Angew. Chem. Int. Ed上(DOI:10.1002/anie.201905971)。

苯环是有机皇冠hg865|官方网站的基本官能团之一,苯环骨架的构建和引入一直是有机皇冠hg865|官方网站的基础研究课题。在分子中引入苯环结构最具代表性的方法是[4+2]环加成反应,另一种则是含苯环骨架的底物和亲电试剂反应,第一种方法十分成熟,而第二种则存在反应选择性等问题。噻吩是一类重要的化工原料,常作为富电子芳烃与各种亲电试剂反应,而其作为双烯体参与[4+2]环化反应的报道相对少见。众所周知,噻吩可作为双烯体与顺丁烯二酸酐发生[4+2]环化反应,但反应温度高达225?°C此外,有文献报道可见光或紫外光可促进噻吩参与环化反应,但要么底物范围局限,要么反应条件苛刻。近日,武汉大学雷爱文教授和江建纬副教授等人基于可见光诱导的自由基离子中间体一些特殊的反应性,报道了一种温和的噻吩和炔烃[4+2]环化反应,该反应无需金属参与,具有很高的区域选择性,且底物范围广泛。

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(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed

首先,作者对反应条件进行了优化。作者以噻吩和4-叔丁基苯乙炔为模板底物,对反应进行探索。实验结果表明,以Mes-Acr+ClO4-为催化剂、乙腈为溶剂,在蓝光下,于室温下反应12 h即可以84%的收率得到目标产物。控制实验表明Ir(ppy)3Ru(bpy)3Cl2Eosin Y等常见光催化剂并不适用该反应可能是Mes-Acr+ClO4-将噻吩氧化为自由基阳离子的能力更强。对溶剂进行筛选,发现乙腈效果最好,在无光条件下,该反应不进行。

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?(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed

随后,作者对底物范围进行了考察。首先固定噻吩作为双烯体,对不同炔烃的普适性进行了探索。反应能以中等到优秀的收率得到目标产物,给电子取代基反应产率稍高,氨基由于会和光催化剂配位致其失活在反应体系中不兼容。卤素原子不受影响,FClBr等取代的苯乙炔能与噻吩以中等的收率得到目标产物,为后续衍生化合成复杂分子提供了可能。除苯乙炔外,杂环、烯基、烷基等取代的炔烃也能参与反应,若底物中含有两个叁键,可以分别和两个噻吩发生环加成反应一步构建两个苯环。此外,该方法可以以较高的产率合成诸多复杂生物活性分子(化合物30,?31,?32)。

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?(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed

随后,作者固定4-叔丁基苯乙炔作为亲双烯体,对噻吩底物的普适性进行了探索。反应的官能团兼容性很好,2-取代和3-取代的噻吩都能很好的参与反应,OAcClBrIBpinCOOMe基团不受影响,特别是Bpin官能团为后续衍生化提供了诸多可能。对于2-取代噻吩,由于位阻影响,产率会有降低。

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(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed

除噻吩外,硒噻吩也能发生类似的[4+2]环化反应以硒噻吩和4-叔丁基苯乙炔为底物,反应能以77%的收率得到目标产物;该反应可以实现克级放大,产率仍有50%;另外,在日光下,反应也能以较高的收率得到目标产物,但反应时间需要延长。

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(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed

基于一些机理实验和DFT计算,作者提出了如下可能的反应机理。Mes-Acr+ClO4-在光照下将噻吩氧化成自由基阳离子I,随后与炔烃发生[4+2]环加成得到新的自由基阳离子II,随后与失去一个电子的Mes-Acr+ClO4-发生一个单电子转移历程得到中间体III(可被HRMS高分辨质谱监测到),最后脱去硫单质恢复芳香性得到目标产物。

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(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed

总结:武汉大学雷爱文教授和江建纬副教授等人报道了一种可见光诱导的噻吩和炔烃脱硫的[4+2]化反应。与传统反应相比,该方法反应条件温和,产率中等到优秀,且底物范围广,为多取代芳烃的合成提供了新的思路。

撰稿人:猫咪老师