【Org. Lett.】河南大学李盼教授课题组:紫光诱导二氯吖丙啶和氨茴内酐的开环
作为重氮化合物的环状价异构体,二氯吖丙啶(chlorodiazirines)通常比其相应的重氮化合物表现出更好的稳定性。因此其活化通常需要更苛刻的条件,如高温或高能量的紫外光,从而在合成应用中导致产率低和选择性差。Levin课题组通过热解使用二氯吖丙啶实现了针对吲哚和吡咯的C=C双键以及吡唑和吲唑的N−N单键的单碳插入反应(详见:J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 11337−11344; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 19258−19264)。此外,Ball课题组利用二氯吖丙啶推动吲哚和吡咯的紫外光诱导扩环反应(Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, No. e202305081)。尽管如此,在温和条件下进一步探索二氯吖丙啶对其他类型芳香杂环的插入是十分迫切且极具挑战性。
(来源:Org. Lett.)
氨茴内酐(anthranils)类化合物凭借其独特的N−O单键芳香杂环结构,在过渡金属催化的亲电反应领域已得到广泛研究。然而,在温和且无金属参与的亲电反应方面,其发展仍处于起步阶段。受已有文献中关于重氮化合物的可见光诱导单线态卡宾反应性的启发,河南大学李盼教授课题组提出假设:弱吸收的二氯吖丙啶在紫光的诱导下所生成的α-卤卡宾,有望在这一领域中发挥作用。基于对光化学转化可持续性研究的思考与假设,作者期望探索二氯吖丙啶在紫光诱导下,经由α-氯卡宾向氨茴内酐的弱N−O单键进行插入反应的可能性。
最近,李盼课题组报道了一种利用紫光诱导二氯吖丙啶与氨茴内酐发生开环反应的方法。该反应在无金属条件下进行,能够在温和条件下高效合成N-(2-羰基芳基)苯甲酰胺类化合物。为了进一步阐明光解过程,作者对氨茴内酐1a、二氯吖丙啶2a及其混合物进行了紫外-可见吸收光谱分析。显然,2a在紫光区(λmax = 405 nm,Δλ = 11.6 nm)的吸收强度显著高于1a。此外,在反应组分1a和2a之间未发现明显的相互作用,表明反应中不涉及电子供体-受体(EDA)复合物的形成。
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随后,作者以氨茴内酐1a和二氯吖丙啶2a为模板进行了反应条件的优化。在405 nm紫光照射下,反应在二氯甲烷(DCM)中于室温下进行,获得了81%的开环产物3aa。溶剂筛选显示反应在乙腈(MeCN)、甲基叔丁基醚(MtBE)和乙酸乙酯(EtOAc)中也能顺利进行,产率在70%至77%之间,而其他溶剂则效果不佳。团队还考察了光照波长、反应气氛和反应时间等因素,最终确定了最佳反应条件。
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在确定最优反应条件后,作者对氨茴内酐和二氯吖丙啶的底物适用范围展开了系统性探索。研究发现,带有不同取代基的氨茴内酐,无论是甲基、甲氧基等给电子基团,还是卤素、酯基等吸电子基团,皆能够高效地转化为对应的开环产物,产率处于44%−83%的区间内。此外,双取代的氨茴内酐同样能够顺利参与反应,产率范围为63%−79%。与此同时,研究还着重考察了不同取代基的二氯吖丙啶对反应的影响情况。结果表明该反应对于各类给电子基团与吸电子基团展现出良好的兼容性,均能获得中等至良好的收率,这充分彰显了该反应体系具备一定的底物普适性与稳定性。
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此外,作者进行了同位素标记实验,以确定产物3aa中羰基氧原子的来源。加入H218O后,通过GC−MS检测到18O标记的产物,证明了羰基氧原子来源于反应体系中的水。为了确认反应中涉及的α-氯代卡宾是否为单线态或三线态,作者进行了立体特异性环丙烷化实验和单线态卡宾捕获实验。结果表明反应主要通过单线态卡宾过程进行,但在加入三线态淬灭剂(TEMPO和BHT)后,反应显著受到抑制,暗示可能经历了三线态卡宾过程。
(来源:Org. Lett.)
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基于这些实验结果和前期研究,作者提出了可能的反应机理。起初,二氯吖丙啶2a在紫光照射下迅速光解生成单线态卡宾,随后可能通过系间穿越(ISC)转化为三线态卡宾。单线态卡宾可与氨茴内酐1a反应形成氮叶立德A,随后发生环扩张生成中间体B。中间体B进一步通过释放氯离子生成氧鎓离子C。最终,氧鎓离子C被水进攻生成中间体D,最终通过水解生成开环产物3aa。或者三线态卡宾可被氨茴内酐1a捕获生成双自由基E,随后经历开环反应生成中间体F,再进一步释放氯离子生成腈离子G,然后被水捕获,最终形成产物3aa。
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综上所述,李盼课题组开发了一种无金属的紫光诱导二氯吖丙啶与氨茴内酐的开环反应,能够在温和条件下高效合成不同取代基的N-(2-羰基芳基)苯甲酰胺类化合物,具有操作简便和反应迅速的特点。通过机理研究,证实了反应中涉及的单线态和三线态α-氯代卡宾的过程。详见:Org. Lett. 2025, 27, DOI: 10.1021/acs.orglett.5c00220。该文的第一作者为任艺坤,通讯作者为李盼教授。
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