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中山大學(xué)趙德鵬團隊Angew:光驅(qū)動芳酰胺與烯烴的自由基型[3+2]環(huán)化—基于亞胺鹽中間體

來源:中山大學(xué)      2024-10-25
導(dǎo)讀:盡管酰胺與烯烴的[3+2]環(huán)化已有初步的研究(局限于二級酰胺與橋環(huán)烯烴,圖1a),但相應(yīng)的自由基型[3+2]環(huán)化反應(yīng)還未被研究,其中有兩個重要的因素。第一是:酰胺難以被單電子還原而啟動自由基反應(yīng);第二個是,酰自由基與烯烴的反應(yīng)往往以氫原子轉(zhuǎn)移(HAT)或單電子轉(zhuǎn)移(SET)結(jié)束,發(fā)生加成反應(yīng)(圖1b),難以進一步環(huán)化。

盡管酰胺與烯烴的[3+2]環(huán)化已有初步的研究(局限于二級酰胺與橋環(huán)烯烴,圖1a),但相應(yīng)的自由基型[3+2]環(huán)化反應(yīng)還未被研究,其中有兩個重要的因素。第一是:酰胺難以被單電子還原而啟動自由基反應(yīng);第二個是,酰自由基與烯烴的反應(yīng)往往以氫原子轉(zhuǎn)移(HAT)或單電子轉(zhuǎn)移(SET)結(jié)束,發(fā)生加成反應(yīng)(圖1b),難以進一步環(huán)化。

近日,中山大學(xué)趙德鵬團隊報道了首例芳酰胺與烯烴的自由基型[3+2]環(huán)化反應(yīng)(圖1c)。為了克服上述兩個挑戰(zhàn),他們以亞胺鹽為關(guān)鍵中間體進行了對應(yīng)的設(shè)計。第一,采用親電活化策略,原位將酰胺轉(zhuǎn)化為易還原的亞胺鹽,在溫和條件下引發(fā)自由基。第二,在反應(yīng)中間體中,芳環(huán)受亞胺鹽的吸電子效應(yīng)影響,自身電子云密度降低,與親核性自由基反應(yīng)性增強,從而實現(xiàn)環(huán)化,而不是廣泛報道的加成后生成直鏈酮的反應(yīng)。    

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圖1 酰胺與烯烴的[3+2]環(huán)化,?;杂苫c烯烴的加成

在最優(yōu)條件下,作者考察了底物范圍(圖2)。在芳酰胺方面,反應(yīng)對各種取代模式的芳環(huán)和酰胺均適用(3a-3z);在烯烴方面,末端烯烴、部分內(nèi)烯烴和環(huán)烯烴均可以轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物(3al-4i),反應(yīng)兼容F、Cl、Br、 I、MeO、酯基、氰基、磺酰胺、醚、胺等官能團,對酰胺具有較高的選擇性。值得一提的是,作者直接分離出一批亞胺鹽產(chǎn)物(4a-4i),為反應(yīng)過程的理解提供了證據(jù),同時為方法的進一步應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。    

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圖2 部分底物

在底物擴展的基礎(chǔ)上,作者進行了產(chǎn)物衍生化和方法的應(yīng)用研究(圖3)。首先,作者進行了原位衍生化,一鍋法合成了烯胺和胺(圖3a)。然后作者對亞胺鹽產(chǎn)物和酮產(chǎn)物分別進行了衍生化,包括氟代、擴環(huán)、稠環(huán)衍生、合成抑制劑等(圖3b)。最后,作者將方法應(yīng)用在活性分子的后期結(jié)構(gòu)修飾中(圖3c)。    

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圖3 產(chǎn)物衍生化

為了驗證反應(yīng)機理,作者進行了自由基捕捉實驗(圖4a)、氫氘轉(zhuǎn)移實驗(圖4b)、自由基串聯(lián)實驗(圖4c)和動力學(xué)同位素實驗(圖4d),充分驗證了各個反應(yīng)中間體的存在,為反應(yīng)機理的提出提供了堅實的基礎(chǔ)。    

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圖4 機理實驗

在以上機理實驗、產(chǎn)物結(jié)果和前期文獻的基礎(chǔ)上,作者提出了如下反應(yīng)機理(圖5)。首先,芳酰胺與三氟甲磺酸酐(Tf2O)作用,原位生成亞胺鹽A,A與激發(fā)態(tài)光催化劑(*IrIII)發(fā)生單電子轉(zhuǎn)移(SET)被還原成亞胺鹽自由基B,光催化劑則被氧化成IrIV;隨后B與烯烴加成,生成自由基中間體C,接著發(fā)生分子內(nèi)加成生成中間體D,D與氧化性的IrIV單電子轉(zhuǎn)移形成正離子中間體E,同時光催化劑被還原成IrIII進入下一個催化循環(huán);然后E脫質(zhì)子得到亞胺鹽產(chǎn)物4。最后,在堿作用下,4異構(gòu)化成烯胺F,并于酸性條件下水解得到1-茚酮產(chǎn)物3    

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圖5 可能的機理

在該工作中,作者以亞胺鹽為關(guān)鍵中間體,對反應(yīng)過程進行控制,實現(xiàn)了芳酰胺與烯烴的自由基型[3+2]環(huán)化反應(yīng)。該方法操作簡單、官能團耐受性好、底物范圍廣,一系列芳酰胺與烯烴在光催化下環(huán)化成生成重要的1-茚酮骨架。    

文獻詳情:

Photoredox-Catalyzed [3+2] annulation of Aromatic Amides with Olefins via Iminium Intermediates

Zhanyong Tang,  Zhenying Yao,  Yueyang Yu,  Jialin Huang,  Xiaoqiang Ma,  Xingda Zhao,  Zhe Chang,  Depeng Zhao

Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202412152.

https://doi.org/10.1002/anie.202412152

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