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Org. Lett.:钯催化芳基C-H胺化反应的新合成方法!

日期: 来源:化学科讯收集编辑:
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芳胺化合物广泛存在于天然产物、药物、农药及有机功能材料分子中,与人们的生活及健康息息相关。因此,芳胺化合物合成研究一直是有机合成领域重要研究内容之一。金属催化的芳基C-H胺化是制备芳胺的方法之一,吸引了众多化学家的关注。近日,常州大学史一安课题组报道了一种以二叔丁基二氮丙啶酮为胺源由钯催化芳基C-H胺化制备芳胺的新合成方法,并进一步探究了该方法在合成具有生物活性分子中的应用。相关成果发表在Org. Lett.(DOI: 10.1021/acs.orglett.3c00189)。

钯催化的芳基C-H胺化反应研究

首先,作者研究了不同导向基团对该反应的影响,发现8-氨基喹啉衍生的酰胺1可以作为潜在的底物,如下:首先,在PPh3 (10 mol%)、Cs2CO3(2 equiv)、邻二甲苯、125℃条件下研究了Pd催化剂对反应的影响(Table 1,entries 1-9);PdI2以较高产率生成3a(50% , entry 4)。随后,以PdI2为催化剂,研究了一系列磷配体对反应的影响(Table 1,entries 10-20),发现配体为(p-CF3Ph)3P时产率最理想,为58%(entry 13)。接着作者对不同的溶剂进行了筛选(Table 1,entries 21-27),发现溶剂为1,4-二氧六环时,产率略微提高至62%(entry 27),并且在催化剂负载更高(12 mol%)时,产率进一步提高至85%(entry 28)。在筛选的最优条件下,接下来作者进行了一系列底物的拓展研究。
Table 1.  Studies on the Reaction Conditionsa

aAll reactions were carried out with benzamide 10a (0.10 mmol), Pd (0.0050 mmol), ligand (0.0050-0.010 mmol, Pd/P=1/2), di-t-butyldiaziridinone (1) (0.20 mmol), and Cs2CO3 (0.20 mmol) in o-xylene (1.0 mL) at 125 oC under N2 for 12 h unless otherwise stated. bThe yield was determined by 1H NMR analysis of the crude reaction mixture with 1,2-dichloroethane as internal standard. cWith PdI2 (0.012 mmol), (p-CF3Ph)3P (0.024 mmol).(图片来源:Org. Lett.



在筛选的最优反应条件下,作者进行了底物范围的拓展研究。当底物为对位取代的苯酰胺时,给电子基团及吸电子基团例如OMe、Me、卤素、CF3、CO2Me、COMe和CHO(Table 2, 3a -3l),均可以较高产率得到相应的二胺化产物(51-80%)。然而CN取代基得到的产率较低,为32%(Table 2, 11l)。对于间位取代的底物,F为取代基时可以57%产率得到二胺化产物(Table 2, 11m)。在底物间位取代基为OMe时,由于OMe取代基的空间位阻效应减缓了第二次胺化反应,单胺化产物(Table 2, 11n)的含量显著增加。在催化剂用量减少6 mol %和二叔丁基二氮丙啶酮2为1.05当量的条件下,以46%的产率得相应的单胺化产物11n。间位取代基为Me基团的底物也得到了类似的结果(Table 2, 11o和11p)。在底物的间位取代基为Ph时,单胺化产物11q的分离收率为86%。胺化反应过程也可以扩展到邻位取代的苯酰胺,相应的单胺化产物产率为60-89%(11r-v)。该反应也适用于噻吩底物,产率为71%(Table 2, 11w)。然而相应的呋喃底物在此条件不反应。
Table 2. Substrate Scopea

aAll reactions were carried out with benzamides 1 (0.40 mmol), PdI2 (0.0480 mmol), (4-CF3Ph)3P (0.0960 mmol), di-t-butyldiaziridinone (2) (0.840 mmol), Cs2CO3 (1.0 mmol), 1,4-dioxane (2.0 mL) at 125 °C under N2 for 12 h unless otherwise noted.  The yield presented was the isolated yield.  bAt 5.0 mmol scale and 135 °C.  cAt 135 °C.  dWith benzamides 1 (0.40 mmol), PdI2 (0.0240 mmol), (4-CF3Ph)3P (0.0480 mmol), di-t-butyldiaziridinone (2) (0.420 mmol), Cs2CO3 (0.50 mmol), 1,4-dioxane (2.0 mL) at 125 °C under N2 for 12 h unless otherwise noted.(图片来源:Org. Lett.



胺化产物通过去除叔丁基后,可进一步转化成其他生物活性分子的合成前体(Scheme 1)。例如,用Boc2O和DMAP处理去除叔丁基基团的胺4,得到环状尿素5,产率为52%。化合物4与PhCHO和p-TsOH在PhCH3中于100℃下反应12小时,生成化合物quinazoline-4(3H)-one 6,产率81%。

Scheme 1. Synthetic Transformations of 3r
(图片来源:Org. Lett.

精确的反应机理目前尚不清楚,Scheme 2概述了以底物3r为例的可能的催化途径。反应由PdX2与苯甲酰胺1r之间进行配体交换,形成配合物7;之后经芳基C-H活化后形成二价碳杂环钯 8;二叔丁基二氮丙啶酮2氧化加生成四价碳杂环钯 9,随后经释放异氰酸叔丁酯后生成Pd(IV)中间体10;最后进行还原消除反应和质子化反应生成胺基化产物3r。
Scheme 2.  Proposed Catalytic Pathway
(图片来源:Org. Lett.


在底物1r中,加入化学计量的PdI2(1 equiv)和(4-CF3Ph)3P(2 equiv),在没有二叔丁基二氮丙啶酮的情况下以46%的产率得到环钯化合物8a,并确定了其单晶结构(Scheme 3)。作者以8a(6 mol%)的催化量代替PdI2,胺化过程能够顺利进行,以92%的产率生成胺化产物3r,该结果支持8a是催化循环中的可能中间体。而用化学计量的二叔丁基二氮丙啶酮与8a进行反应时,只生成少量的产物3r,表明该反应机理还有待进一步研究(Scheme 4)。
Scheme 3.  Formation of Palladacycle 8a
(图片来源:Org. Lett.

Scheme 4.  Amination with Palladacycle 8a as Catalyst
(图片来源:Org. Lett.

小结

芳胺化合物广泛存在于天然产物、农药、医学等领域,因此,探索高效、简洁地合成芳胺化合物的方法极其重要。史一安课题组在先前二氮丙啶酮试剂与碳碳环钯中间体的胺化反应基础之上,进一步展示了该试剂可与碳杂环钯中间体进行胺化反应;实现了芳基C-H胺化反应。该反应具有底物普适性广、产率高且官能团耐受性良好等优点。








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