研究论文介绍

Org. Lett.:钯催化二氮丙啶酮与炔烃的Domino反应合成吲哚并[3,2-b]吲哚

本文作者:杉杉

导读

钯催化C-N键的形成,是构建含氮杂环化合物的一种有效途径。近日,常州大学史一安教授课题组在Organic Letters上发表论文,报道了一种高效的钯催化Domino反应,涉及多个C-N键形成。该反应以二叔丁基二氮丙啶酮(diaziridinone)和炔烃为底物,从而合成一系列高度π-共轭N-杂环-吲哚并[3,2-b]吲哚化合物。此外,反应机理表明,该反应可能通过亲核胺-钯化形成吲哚稠合的钯环中间体,随后再进行双胺化反应,从而得到吲哚并[3,2-b]吲哚化合物。

Domino C−N Bond Formation via a Palladacycle with Diaziridinone. An Approach to Indolo[3,2‑b]indoles

Sudarshan Debnath, Lingli Liang, Mei Lu, and Yian Shi*

Org. Lett. 2021, 23, 3237-3242. DOI: 10.1021/acs.orglett.1c00466.

正文

C-N键的构建一直是有机合成中的重要反应类型,其中钯催化C-N键的形成备受关注。在前期的研究中[1,2],作者发现二叔丁基二氮丙啶酮(1)可作为一类通用的胺化试剂。除了烯烃二胺化反应外(Scheme 1, eq a),它也可与钯环中间体4有效地反应,通过Pd(IV)中间体5可获得氮杂环化合物6(Scheme 1, eq b)。在上述的双胺化反应中,可同时形成了两个C-N键。在此,作者设想否可通过钯配合物8经分子内亲核胺-钯化反应形成吲哚稠合的钯环中间体9,再进一步被二叔丁基二氮丙啶酮(1)捕获,以形成第二个吲哚骨架(Scheme 1, eq c)。

同时,对于2-炔基苯胺直接合成吲哚的方法已被大量研究,如ArPdX与2-炔基苯胺经分子间的亲核胺-钯化反应,形成3-钯化吲哚中间体,再经还原消除,即可获得3-芳基取代的吲哚化合物(Scheme 2)。然而,对于分子内的反应(89)尚未得到开发。在此,作者将对该策略进行相关的研究。

首先,作者对各种氮亲核试剂进行了研究,如-NH2、-NHCOCF3、-NHMs、-NHTs、-NMeMs和-NMeTs(Scheme 3)。筛选结果表明(Table 1),以氮亲核试剂(7a)和二叔丁基二氮丙啶酮(1)为底物时,以Pd(PPh3)4为催化剂,Cs2CO3为碱,可在110℃下反应,即可获得62%收率的吲哚并[3,2-b]吲哚10a

在获得上述最佳反应条件后,作者开始对炔烃底物7的范围进行了扩展(Table 2)。首先,溴化物7a’也是有效地底物,与碘化物7a相比,其收率略低。在无法获得相应碘化物的情况下,选择了以溴化物为底物。同时,芳基取代不受电子效应和定位效应的影响,均可顺利反应,获得相应的产物10b10l,收率为52-91%。对于N,N-二甲基萘-1-胺(7m)底物也能顺利反应,以77%的收率得到产物10m。其次,对于芳基上含有双取代基时,反应同样不受电子效应和定位效应的影响,均可顺利反应,获得相应的产物10n10u,收率为69-93%。此外,对于具有二乙胺基(7v)的底物,以78%的产率得到产物10v

随后,作者对反应的实用性进行了扩展。首先,7a的克级实验,可获得86%收率的目标产物10a(Scheme 4)。其次,可在三氟乙酸(TFA)和正己烷体系中,将10a中的叔丁基除去,从而获得吲哚并[3,2-b]吲哚化合物10a’,收率为86%(Scheme 5)。此外,以7w为底物,在标准条件下可合成高度共轭的双吲哚并[3,2-b]吲哚化合物10w(Scheme 6)。

最后,作者提出了一种可能的反应机理(Scheme 7)。首先,在path a中,Pd(0)催化剂与底物7a经配位和氧化加成,得到Pd(II)配合物15。随后,通过亲核胺-钯化反应和去甲基化反应,形成吲哚稠合的Pd(II)中间体1717再与二叔丁基二氮丙啶酮(1)进行N-N键的插入,从而获得Pd(IV)中间体18,可进一步转为为烯基钯(IV)中间体19,同时释放tBuNCO。最后,烯基钯(IV)中间体19经连续两次还原消除,即可获得吲哚并[3,2-b]吲哚10a,并再生Pd(0)催化剂。此外,对于Pd(IV)中间体18的形成也存在另一种途径(path b),即Pd(0)催化剂与二叔丁基二氮丙啶酮(1)进行氧化插入形成四元钯环配合物21,再与底物7a进行氧化加成得到Pd中间体22,再经亲核胺-钯化反应和去甲基化反应,从而获得Pd(IV)中间体18

总结

常州大学史一安教授课题组报道了一种钯催化二叔丁基二氮丙啶酮(1)2-[((2-卤代芳基)乙炔基] –N,N-二烷基苯胺(7)的亲核胺-钯化反应和双胺基化反应,从而合成一系列多取代吲哚并[3,2-b]吲哚化合物,涉及多个C-N键形成。此外,反应机理表明,该反应可能通过亲核胺-钯化形成吲哚稠合的钯环中间体,随后再进行双胺化反应,从而得到吲哚并[3,2-b]吲哚化合物。

参考文献

[1] Zhu, Y.; Cornwall, R. G.; Du, H.; Zhao, B.; Shi, Y. Catalytic Diamination of Olefins via N-N Bond Activation. Acc. Chem. Res. 2014, 47, 3665−3678.

[2] (a) Ramirez, T. A.; Wang, Q.; Zhu, Y.; Zheng, H.; Peng, X.; Cornwall, R. G.; Shi, Y. Pd(0)-Catalyzed Sequential C-N Bond Formation via Allylic and Aromatic C-H Amination of α-Methylstyrenes with Diaziridinone. Org. Lett. 2013, 15, 4210−4213. (b) Zheng, H.; Zhu, Y.; Shi, Y. Palladium(0)-Catalyzed Heck Reaction/C-H Activation/Amination Sequence with Diaziridinone: A Facile Approach to Indolines. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 11280−11284.

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