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Newman-Kwart 重排反應

Newman-Kwart重排反應(NKR)是一種在高溫下芳基由O-硫代氨基甲酸酯遷移到S-硫代氨基甲酸酯的反應。此反應可以使酚類化合物轉化為硫酚。

通常使用酚及N,N-二烷基硫代氨基酰氯在DABCO或NaH存在的條件下合成O-硫代氨基甲酸酯。

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這個反應通常需要使用N,N-雙烷基或N-烷基-N-芳基取代的底物,而不能使用單取代的N-烷基化合物,因為在高溫下存在以下的轉化。

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通常完成Newman-Kwart重排反應需要200-300oC的高溫,因此反應體系中任何一點的雜質帶入都會引起副反應的發生。該反應主要使用N,N-二甲基的底物,此類底物的優點在於容易結晶,有利於分離提純。

經動力學實驗驗證,此反應是分子內的反應。該反應的驅動力是熱力學有利的C=S鍵到C=O鍵的轉化。

此重排反應屬於分子內芳香親核取代反應。

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通常,苯環鄰、對位有吸電子取代基會促進此反應的發生。但是,一旦苯環上有供電子基團,則此反應不發生或者產率極低并伴隨更高的反應溫度以及更多的副反應發生。

隨著過度金屬催化方法學的發展,2009年英國Bristol大學的科學家使用零價鈀催化劑[Pd(tBu3P)2]催化,成功的降低了NKR反應的溫度至100oC。此反應利用了Pd(0)對Ar-O鍵發生氧化加成形成二聚體后發生配位原子交換的機理,使得Ar-Pd(II)-S還原消除得到最終產物。

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Figure 1摘自 Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 7612

但美中不足的是,此反應仍然只適用於含有吸電子集團的苯環,使得反應的底物依舊受限。且鈀催化劑[Pd(tBu3P)2]並非常用的商品化催化劑,因此催化劑的獲得途徑也比較艱難,因此即使反應溫度大大的降低,該反應也很難用於大量合成。

2008年,普林斯頓大學MacMillan教授課題組開發了可見光催化光氧化還原方法,該方法在近年來得到廣泛的推廣。在2015年,David A. Nicewicz教授使用了廉價易得的有機光催化劑在室溫條件下完成了NKR反應,令人興奮的是該反應適用於含供電子基團的芳環並且在大量合成中仍能得到令人滿意的產率。

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Figure 2 建議反應機理

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Figure 3 放大實驗

NKR反應的產物在10%NaOH的作用下可以脫去保護基得到相應的苯硫酚。

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參考文獻

  1. Ber. Dtsch. Chem. Ges. B 1930, 63, 178. DOI: 10.1002/cber.19300630125
  2. J. Org. Chem. 1966, 31, 3980;DOI: 10.1021/jo01350a023
  3. J. Org. Chem. 1966, 31, 410.; DOI:10.1021/jo01340a015
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  6. Tetrahedron 2007, 63, 4120.; DOI:10.1016/j.tet.2007.02.101
  7. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 7612.;DOI: 10.1002/anie.200903908
  8. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 15684; DOI: 10.1021/jacs.5b11800

 

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Li Chunxiao

南京大学D1

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