尽管酰胺与烯烃的[2+2]环加成已有深入研究(图1a),但相应的[3+2]环化却局限于二级酰胺与桥环烯烃这两类底物(图1b)。到目前为止,酰胺与烯烃的自由基型[3+2]环化反应还未被研究,其中有两个重要的原因。第一个是,酰胺难以被单电子还原而启动自由基反应;第二个是,酰自由基与烯烃的反应往往以氢原子转移(HAT)或单电子转移(SET)结束,发生加成反应(图1c),难以进一步串联环化。 最近,中山大学赵德鹏团队报道了首例芳酰胺与烯烃的自由基型[3+2]环化反应(图1d)。为了实现该转化,他们进行了两个关键的设计。第一,采用酰胺亲电活化策略,原位将酰胺转化为易还原的亚胺盐,在温和条件下引发自由基。第二,在亚胺盐中间体中,芳环受亚胺盐共轭的吸电子效应影响,自身电子云密度降低,与亲核性自由基反应性增强,从而实现环化,而不是以往的加成反应。
图1 在最优条件下,作者考察了底物范围(图2)。在芳酰胺方面,反应对各种取代的芳环和酰胺均适用(3a-3z);在烯烃方面,末端烯烃、内烯烃和环烯烃均可以转化为目标产物(3al-4h);此外,药物活性分子也可以转化为相应的1-茚酮产物(4x和4z)。反应兼容F、Cl、Br、 I、MeO、酯基、氰基、磺酰胺、醚、胺等官能团,对酰胺具有较高的选择性。值得一提的是,作者直接分离出一批亚胺盐产物(4a-4i),为反应过程的理解提供了证据。 图2 挑选的底物,编号与原文保持一致 为了验证反应机理,作者进行了自由基捕捉实验(图3a)、氢氘转移实验(图3b)、自由基串联实验(图3c)和动力学同位素实验(图3d),充分验证了各个反应中间体的存在,为反应机理的提出提供了坚实的基础。 在以上机理实验、部分产物结果和前期文献的基础上,作者提出了如下反应机理(图3e)。首先,芳酰胺与三氟甲磺酸酐(Tf2O)作用,原位生成亚胺盐A,A与激发态光催化剂(*IrIII)发生单电子转移(SET)生成亚胺盐自由基B,随后B对烯烃进行加成,生成自由基中间体C,接着发生分子内自由基加成生成中间体D,D与氧化态的光催化剂(IrIV)单电子转移形成中间体E,然后脱质子得到亚胺盐产物4。最后,在碱作用下,4异构化成烯胺F,并于酸性条件下水解得到1-茚酮产物。 图3 机理实验及可能的机理 在该工作中,赵德鹏团队采用两条关键策略,实现了芳酰胺与烯烃的自由基型[3+2]环化反应,该方法操作简单、官能团耐受性好、底物范围广,一系列芳酰胺与烯烃在光催化下偶联成重要的1-茚酮骨架。 论文信息 Photoredox-Catalyzed [3+2] annulation of Aromatic Amides with Olefins via Iminium Intermediates Dr. Zhanyong Tang, Zhenying Yao, Yueyang Yu, Jialin Huang, Xiaoqiang Ma, Xingda Zhao, Zhe Chang, Prof. Dr. Depeng Zhao Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202412152