苄位C(sp3)-H直接官能化在合成硫代酰胺和芳杂环化合物中的应用研究

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“一锅法”合成因其避免了原材料繁琐的预官能团化造成的浪费,近年来逐渐发展成为一种简单、成本效益高、对环境友好的合成方案,广泛应用于多种有机重要中间体的制备。通过C3(sp)-H的直接官能团化构筑多种具有生物活性的有机分子,一直是有机合成中的难点,也是长期挑战。未活化的C3(sp)-H键键能大,不易断裂,直接官能化是一直存在困难。苄位C3(sp)-H键与未活化的C3(sp)-H键相比,反应活性有所增加,而且通过苄位C3(sp)-H键氧化硫化构建C=S键和C3(sp)-SH氧化环化构筑C-C/C-X(O、N、S)键鲜有文献报道。在无金属条件下,通过C3(sp)-H键直接官能化合成具有重要生物活性的药物分子,一直是制药科学和药物研究领域的重要课题。本论文以Bunte盐(ArCH2SSO3Na,苄基硫代硫酸钠)和芳甲基硫醇(ArCH2SH)为原料,分别与芳胺和邻取代芳胺反应,构筑C=S键和C-C/C-X(O、N、S)键,一锅煮分别合成了硫代酰胺和芳杂环化合物。主要研究内容如下:1)以苄基硫代硫酸钠和苯胺为底物,DMSO为溶剂和硫源,通过苄位C3(sp)-H氧化硫化生成新的C=S键,发现了一种一锅煮、无金属催化、无需添加硫源和氧化剂的合成硫代酰胺类衍生物的新方法(Scheme 1)。该部分研究内容发表于Org.Biomol.Chem.期刊上。(DOI:10.1039/c9ob00336c.)Scheme 1在氮气氛围下,以苄基硫代硫酸钠和苯胺在DMSO中的反应为模版反应,优化反应条件。在优化的反应条件下,对底物的适用性进行了考察。实验结果表明,该体系底物兼容性较广,取代基的电子效应和位阻效应对反应收率有一定的影响,能够以中等到优异的收率得到52个目标产物。通过控制实验、加入自由基抑制剂TEMPO、BHT;1H NMR和MS跟踪实验对反应中间体进行研究,结合X射线单晶衍射数据结果,证明该反应经历复杂的过程,苄基硫代硫酸钠和DMSO都是目标化合物硫代酰胺中硫原子的来源。并根据以上结论提出了可能的反应机理。所得产物均经过1H NMR,13C NMR确定结构;32个新化合物通过HRMS进一步确证结构。2)以邻取代芳胺和芳甲基硫醇为底物,通过芳甲基硫醇中硫原子促进C3(sp)-H氧化环化,一锅煮合成了新的C-C/C-X(O、N、S)键。发现了一种无金属催化,无配体添加、温和、高效、经济在空气中合成五类芳杂环化合物的新方法(Scheme 2)。Scheme 2以邻羟基苯胺和苄硫醇在DMSO中的反应为模版反应,优化反应条件。在优化条件下,对该反应体系的适用范围和局限性进行了研究。实验结果表明,该方法底物兼容性好,电子效应和位阻效应对反应稍有影响,可以24%-99%的收率得到苯并恶唑、苯并噻唑、苯并咪唑、萘并唑类、恶唑并吡啶等五个系列共计29个芳杂环化合物。通过控制实验、加入自由基抑制剂TEMPO、BHT等反应中间体进行研究,结合相关文献,对芳甲基硫醇中硫原子促进C3(sp)-H氧化环化的过程进行推测,并根据实验结果,提出了可能的反应机理。所得产物均经过1H NMR,13C NMR确定结构。2个新化合物通过HRMS进一步确证结构。
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