含氮芳香雜環化合物在天然產物、藥物化學和材料科學中具有廣泛的應用。在過去的幾十年里,一系列合成含氮芳香雜環的方法相繼出現,并得到了快速的發展。酰胺在生物體內是一種重要的化學基團,盡管構建酰胺的方法到目前為止已發展得比較成熟,而設計酰胺活化的反應最近才剛剛起步。比較典型的方法包括酰胺與三氟甲磺酸酐反應,生成具有高度親電活性的亞銨正離子中間體,并進一步用于構建多種不同的反應。
另一方面,以往報道了以N-芳基異羥肟酸酯中酯基為導向基團,通過形式上的C-H活化構建芳基C-O鍵,但反應通常需要借助高溫條件來實現。Tomkinson等人對以上策略進行改良,報道了以N-芳基異羥肟酸衍生物為底物在溫和條件下形成C-O和C-N鍵的方法。與此同時,一級/二級芳香胺也可以發生過渡金屬催化的C-H鍵鄰位官能團化反應。之前,奧地利維也納大學的Nuno Maulide(點擊查看介紹)課題組還報道了吡啶氮氧化物與活化的炔烴/烯基亞胺發生[3,3] σ重排反應。基于以上反應,最近他們進一步利用N-芳基異羥肟酸衍生物構建σ重排過程,從而得到酰胺α位鄰芳胺化的產物,最終以無過渡金屬參與及溫和的條件實現了這一過程。相關工作發表在Angew. Chem. Int. Ed. 上。
前面提到酰胺與三氟甲磺酸反應可以得到具有高度親電活性的亞銨正離子中間體,作者設想該活性中間體可以進一步與N,O-芳基親核試劑反應對其修飾芳基基團,隨后經歷重排過程得到酰胺σ位鄰芳胺化的產物(圖2)。不同氮氧化合物、亞硝基底物以及環狀的異肟酸都無法參與反應(2a-2d),然而非環狀的異羥肟酸2e能夠以中等的收率得到目標產物。隨后作者對該反應進一步條件優化,最終以92%收率得到目標產物。
得到最優條件之后,他們對底物的普適性進行了考察(圖3),首先研究酰胺底物的脂肪鏈取代,使用烷基和芳基取代都具有理想的收率(3a-3c),烯基、炔基、鹵素、甲氧基、氰基、羰基、酯基和醛基等官能團也可以很好地兼容(3d-3k)。隨后他們對酰胺氮原子上的取代基進行研究,N-烷基和N-芳基取代的三級酰胺都有中等以上的收率(3l-3n);嗎啡啉由于供電子作用較弱,收率有所下降(3q);8和12元環內酰胺也能夠以中等的收率得到α-芳基化的產物(3r-3s)。
接下來,他們對異羥肟酸底物的普適性進行了考察(圖4),首先對不同N-保護基進行研究,Boc、Cbz、TFA等保護基都具有良好的反應性(3t-3x),并且這些基團相對于Bz保護基,更加容易發生消除;但Ts保護基修飾的底物僅能得到18%的收率(3y)。對于芳基部分,對位取代基的選擇性要高于鄰位和間位(3z-3aj);含有鹵素、氰基、三氟甲基、甲氧基、甲基等取代基的底物都具有良好的選擇性;間位氟取代的底物參與反應會得到1.1:1的混合產物(3ai),間甲基取代的底物得到混合產物的比例是5.6:1(3aj)。
最后,他們對產物還進行了衍生化研究(圖5)。產物消除Boc保護基后可以得到3取代的吲哚酮4a,也可以通過與疊氮化合物的環加成反應得到三氮唑4b,含有嗎啡啉取代基的底物與格氏試劑反應可以得到甲基酮類化合物4c。
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