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叠氮的迁移反应是一个极具挑战性的课题,因为其在迁移过程中易于脱掉一分子氮气生成以氮为中心的中间体来参与反应。到目前为止,仅有的一类叠氮迁移反应为烯丙基叠氮的[3,3]重排反应,但是该反应的产物为异构体的混合物,缺乏实用性。因此,开发新的叠氮迁移反应具有重要的意义与价值。
近日,东北师范大学化学学院毕锡和教授课题组从烯基叠氮出发,以吡啶氟化氢做为氟源,醋酸碘苯做为氧化剂,首次实现了烯基叠氮的1,2-N3迁移反应,合成了重要的β-偕二氟烷基叠氮化合物。此外,理论计算结果表明该反应经历了一个新颖的三元氮环过渡态的反应机制。相关成果于12月30日发表于Cell Press细胞出版社旗下化学旗舰期刊Chem上。
首先,作者以烷基叠氮1aa作为模型底物对反应条件进行了筛选(Table 1)。所得最优反应条件为:以PIDA(1.2 eq)为氧化剂,Py.HF(5.0 eq)为氟源,CH2Cl2为溶剂,底物在25 ℃下反应1min,可以92%的高产率生成叠氮迁移的产物2aa。 Table 1. Optimization of the reaction conditions 随后,作者对烯基叠氮底物的适用范围进行了研究(Figure 2A)。该反应的底物范围非常的宽泛。烷基上含有叠氮,硝基,氰基,卤素,酯基,羧酸等官能团均可以耐受(2ag-2au)。另外,含有不饱和体系的烷基烯基叠氮也能够很好的发生反应,以良好的收率得到叠氮迁移的产物(2ba-2bc)。最后,当底物中含有复杂分子时,该反应也能够很好的发生(2ca-2cc)。这些结果充分证明了这种叠氮迁移反应具有良好的底物适用性。 接下来,研究团队进一步考察了芳基取代的烯基叠氮的底物范围(Fig.3)。通过实验发现,芳基取代的烯基叠氮存在着叠氮迁移和芳基迁移两种产物,其选择性与苯环的电子效应有关。当芳基上连有强吸电子基团,主要得到1,2-叠氮迁移产物。 紧接着,研究团队尝试从炔烃出发,经由一锅两步实现了烯基叠氮的1,2-N3迁移反应(Fig. 4A)。标准条件下,15 mmol的6经由两步可以87%的高产率得到2.7g产物2aa(Fig. 4B)。接下来,2aa可以在三苯基磷和水的条件下,得到β-偕二氟烷基胺化合物7,也可以发生环加成反应,分别以较好的收率得到含氟的三氮唑和四氮唑的产物(8-10),与丁基锂反应可以90%的产率转化为含氟的氮烯化合物11。 最后,研究团队通过理论计算提出了这种叠氮迁移反应的合理机制(Scheme 4)。最初,PIDA与Py.HF即时生成PhIF2,进一步与烯基叠氮的双键加成得到中间体I,作者提出该反应可能经过两种反应路径,分别是三元环和五元环过渡态。通过理论计算合理化,当反应经过三元氮环过渡态时,能垒最低为15.1kcal.mol-1。随后氟进攻三元氮环,进而发生叠氮迁移,最终得到β-偕二氟烷基叠氮化合物。 综上,东北师范大学毕锡和教授课题组发展了烯基叠氮的1,2-N3迁移反应,合成了一系列重要的β-偕二氟烷基叠氮化合物。该反应具有广泛的底物范围、优异的官能团兼容性,在β-偕二氟烷基叠氮的合成上将发挥重要作用。 论文通讯作者介绍 关于 毕锡和 教授 东北师范大学化学学院教授,博士生导师。 研究方向:银催化有机反应研究 毕锡和于2008年回国开展独立的研究工作,研究领域为有机合成化学,聚焦银催化有机化学反应研究,取得了系列原创性成果,在过去五年发表通讯作者论文五十余篇,得到了国内外同行的关注和认可。 荣誉和奖励 2019药明康德生命化学研究奖 2019 英国皇家协会高级牛顿学者 2018 吉林省科学技术奖自然科学一等奖(排名第一) 2018英国皇家化学会会士(FRSC) 2016教育部“长江学者奖励计划”青年学者 2015 国家自然科学基金委“优秀青年科学基金” 2014 Thieme Chemistry Journals Award 2013 入选教育部新世纪优秀人才支持计划 2006 获得德国洪堡基金会研究奖学金 社会服务 2018- 获邀担任Cell Press细胞出版社交叉学科新刊iScience编委 2017- 担任东北师范大学化学学院副院长(科研) 2016- 被聘为东北师范大学有机化学重点学科带头人 相关论文信息 论文原文刊载于Cell Press细胞出版社旗下期刊Chem上,点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文 论文标题: Synthesis of β-Difluoroalkyl Azides via Elusive 1,2-Azide Migration 论文网址: https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(19)30551-0 DOI: https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.12.004
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