插入二氧化硫实现喹啉N-氧化物的无金属C2-H磺酰化反应外文翻译资料

插入二氧化硫实现喹啉N-氧化物的无金属C2-H磺酰化反应

作者：Heng Cai, Huiyong Yang, Jun Xu, Hanyang Bao, Lin Huang, Hongdou Zhang, Pengfei Zhang, and Wanmei Li

摘 要：本文提出了一种通过插入二氧化硫来实现喹啉N-氧化物的无过渡金属的C-H磺酰化的简单方法。该方法在温和的条件下反应，能较好地得到具有不同官能团的2-磺基喹啉类化合物。控制实验表明，这是C-H 磺酰化一个重大的变革路线。

关键词：无过渡金属； 喹啉N-氧化物； C-H官能团化； DABCObull;(SO₂)₂

1.简介

2-磺基喹啉类化合物因其引入磺基而影响其理化性质^[1]，在医药、材料等领域有着广泛的应用。C-S键的形成是此类化合物合成中的关键步骤。然而，有效且简单地构造C-S键是有机合成中的一个挑战^[2]。因此，开发简单、新颖的2-磺基喹啉类化合物的制备方法受到了广泛关注。

C-H官能团化反应是利用钠亚磺酸盐^[3]、磺酰氯化物^[4]或磺酰酰肼类磺酰化试剂^[5]，从喹啉氮氧化物制备2-磺酰喹啉的有效方法。比如，Pan et al提出了一个方案：通过铜催化C-H官能团化，以钠亚磺酸盐作为磺酰化试剂，合成磺酰化喹啉^[3h]。虽然这是一个很好的做法，但需要用到金属催化剂以促进反应。后来，李和同事提出了一种新颖而有效的方法，即以喹啉N-氧化物和磺酰氯为原料合成磺化喹啉类化合物^[4c]。然而，该方法需要过量的碱和有机溶剂。此外，他和同事提出了在100℃条件下，以碘诱导喹啉N-氧化物与磺酰肼发生2-磺酰喹啉化反应合成2-磺基喹啉类化合物^[5a]。显然，以上报道需要苛刻的反应条件，不符合绿色化学的要求。

最近，Wu^[6]、Willis^[7]和其他团体^[8]报道了许多创新路线，即使用DABCObull;(SO₂)₂作为硫源通过插入的二氧化硫形成C-S键。此外，我们小组还提出了一种新颖且有效的方法：以喹啉N -氧化物和芳基磺酰氯为原料，催化控制选择性合成C2-和C3 -磺酸盐-酯取代喹啉类化合物(方案1a) ^[9]。基于这样的背景，本文提出了一个环保的方法：以C-H官能团化的喹啉氮氧化物DABCObull;(SO₂)₂和苯基重氮四氟硼酸盐为原料，通过插入二氧化硫(方案1b)直接合成2-磺酰喹啉类药物。据我们所知，这种转化从未被报道过。

2.结果和讨论

一开始，我们选择了喹啉N-氧化物(1a)与DABCObull;(SO₂)₂和苯基重氮四氟硼酸盐(3a)的反应作为模型，在50℃的二恶烷中反应过夜。令人高兴的是，我们期望得到的C2 -磺化产物(4a)的收率为43%(表1，条目1)。此外，通过x射线晶体学分析(CCDC NO.1889109)测定了产物4a的分子结构。结果令人鼓舞，首先考察了溶剂的影响(表1，条目2-7)，发现DCE是该反应的最佳溶剂(表1，条目7，58%的收率)。然后对反应温度进行筛选(表1，条目3、8、9)，发现在50℃条件下，目标产物4a的收率较高，达61%(表1，条目9)。其中，DABCObull;(SO₂)₂的含量起着重要的作用。随着DABCObull;(SO₂)₂的添加量的增加，产量可从56%持续提高(1.0当量，表1，第10项)至72%(1.5当量，表1,条目11)。当DABCObull;(SO₂)₂的量进一步增加到2.0当量(表1，条目12)产量没有明显的改变。以1.5当量DABCObull;(SO₂)₂作为砜源进一步的反应温度研究，并没有提高产品收率(表1，条目13和14)。

a)我们以前的工作：

b)我们当前的工作：

方案1.喹啉N-氧化物的C-H官能团化。

优化了反应条件后，研究了喹啉N-氧化物、DABCObull;(SO₂)₂和苯基重氮四氟硼酸盐³反应的底物范围。首先，对各种喹啉N -氧化物1进行了评价，结果如图2所示。一般来说，具有给电子基团(4d、4e、4g)的产物的收率高于具有周吸电子基团(4b、4c、4f)的产物。喹啉N -氧化物取代苯基也在这个反应中进展良好，使产物(4h)的收率为56%。此外，还在标准条件下测试了N -氧化异喹啉，得到了收率为70%的产物(4i)。然而，喹啉N-氧化物与强吸电子基团如-NO₂和-CN，在反应中不兼容。最后，分别对产物4a、4i和4l进行了克级合成，得到了符合收率要求的产物。这些结果表明，这种转化在有机合成中具有重要的应用价值。

方案 2. 底物范围为喹啉N-氧化物

3.^[a,b]([a]反应条件：1(0.2mmol), 3 DABCObull;(SO₂)₂ (0.3mmol), ArN₂BF₄(0.3mmol), DEC(2.0ml), 50℃, N₂ 保护, 12小时。分离产率。[b]分离产率。[c]反应以5mmol为标准。)

然后，研究了各种苯基重氮四氟硼酸盐³，如方案5所示。一系列官能团如甲基、叔丁基、氟、氯、溴、氰基和三氟甲基在反应中被耐受。特别是当苯基重氮四氟硼酸盐的官能团处于对位时，能得到理想的产物。此外，该方法还可推广到药物中间体(4x)的高效合成，使用5,7 -二氯喹啉N -氧化物与苯基重氮四氟硼酸盐和DABCObull;(SO₂)₂在最佳实验条件下反应(方案3)。

为了获得可行的反应机理，进行了一系列的控制实验。首先，当使用喹啉作为底物直接在最佳反应条件下没有发现产品，表明N-O基团转型中发挥了至关重要的作用(方案4a)。其次，在反应混合物中加入自由基清除剂(TEMPO)可以抑制该反应(方案4b)。这一结果表明，这一过程可能是自由基反应，利用1H NMR谱(见支持信息)检测TsOH进一步证实了这一点。

根据文献^[6-8]和以上实验观察，提出了一种可能的反应机制，如方案6所示。最初，DABCObull;(SO₂)₂与苯基重氮四氟硼酸根反应形成基团A。随后，基团A通过类Minisci自由基反应进攻喹啉N-O键 1a产生中间体B，然后与氧中心硫酸盐基团的一个反应生成中间C。最后，中间C进行芳构化反应，生成2-磺基喹啉3a，同时产生磺酸^[10]。

方案 3. 变式

方案 4. 机理研究

方案 5. 底物范围为芳基重氮盐1a.^[a,b,c]([a]反应条件：1(0.2mmol), 3 DABCObull;(SO₂)₂ (0.3mmol), ArN₂BF₄(0.3mmol), DEC(2.0ml), 50℃, N₂ 保护, 12小时。分离产率。[b]分离产率。[c]反应以5mmol为标准。)

方案 6. 可能的机理

3. 结论

综上所述，我们开发了一种无过渡金属的喹啉N-氧化物的C2-H磺酰化反应。这种磺酰化反应表现出良好的底物耐受性，提供了相应的产品在中等到良好的产量。这种磺酰化反应涉及一种自由基机制。

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