N-Ts氰胺在有机合成中的研究与应用_王川川.pdf

有机化学有机化学 Chinese Journal of Organic Chemistry REVIEW *Corresponding authors.E-mail:; Received July 13,2022;revised August 8,2022;published online September 15,2022.Project supported by the Natural Science Foundation of Henan Province(No.212300410152)and the Henan University of Animal Husbandry and Economy(Nos.2019HNUAHEDF011,XKYCXJJ2020006).河南省自然科学基金(No.212300410152)和河南牧业经济学院(Nos.2019HNUAHEDF011,XKYCXJJ2020006)资助项目.共同第一作者(These authors contributed equally to this work).74 http:/sioc- Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences Chin.J.Org.Chem.2023,43,7493 DOI:10.6023/cjoc202207022 综述与进展综述与进展 N-Ts 氰胺在有机合成中的研究与应用 王川川,a 马志伟,a 侯学会a 杨龙华*,b 陈亚静*,b(a河南牧业经济学院理学部 郑州 450052)(b郑州大学药学院 郑州 450001)摘要摘要 N-Ts 氰胺是有机合成中非常高效和实用的一种多功能合成前体,其在构建含氮骨架领域中获得了较多应用.根据反应类型划分,总结了近年来 N-Ts 氰胺在有机合成中的研究进展,主要包括其在氰基化反应、经氰胺负离子参与的环化反应、氰胺化反应、磺酰化反应及经氰基官能团参与的环化反应等方面的应用,并对该领域的研究前景进行了展望.关键词关键词 N-Ts 氰胺;氰基化;氰胺化;磺酰化;环化反应 Research and Application of N-Ts Cyanamides in Organic Synthesis Wang,Chuanchuan,a Ma,Zhiwei,a Hou,Xuehuia Yang,Longhua*,b Chen,Yajing*,b(a Faculty of Science,Henan University of Animal Husbandry and Economy,Zhengzhou 450046)(b School of Pharmaceutical Sciences,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001)Abstract N-Ts cyanamide,which has been widely used in the construction of nitrogen-containing framework,is one of the efficient and practical multifunctional synthetic precursors in organic synthesis.The progress in application of N-Ts cyanamide according to the reaction types is summarized,including the application in cyanation,cyclization reaction via cyanamide ani-on,cyanamidation,sulfonylation and cyclization reaction via cyano-group.The future development direction of this field is also prospected.Keywords N-Ts cyanamides;cyanation;cyanamidation;sulfonylation;cyclization reactions N-Ts 氰胺(N-对甲苯磺酰基氰胺,Scheme 1)于 1949年被首次合成1,但在之后的几十年中,其在有机合成中的应用价值一直被忽视.直到2011年,Beller课题组2发现 N-Ts 氰胺是反应性能优异的亲电氰基化试剂.此后,由于N-Ts氰胺具有低毒、稳定以及易于制备等优点,使其在有机化学研究领域中获得了广泛关注.N-Ts 氰胺在参与反应时,可以断裂碳氮键作为氰基化试剂,也可以断裂氮硫键以氰胺负离子或磺酰化试剂参与反应.2018 年,董云会和刘会等3系统总结了铑、钯、铜等过渡金属催化 N-Ts 氰胺参与的亲电氰基化反应.近年来,N-Ts 氰胺参与的新反应类型被陆续报道,已成为构建含氮骨架的新策略.本文将对近年来 N-Ts 氰胺在有机合成领域中的研究进展及应用情况进行综述.图式图式 1 N-Ts 氰胺的结构及反应类型 Scheme 1 Structure and reactions of N-Ts cyanamides Chinese Journal of Organic Chemistry REVIEW Chin.J.Org.Chem.2023,43,7493 2023 Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences http:/sioc- 1 氰基化反应氰基化反应 1.1 铑催化的亲电氰基化反应 2011 年,Beller 课题组2利用 N-Ts 氰胺作为亲电氰基化试剂,发展了铑催化芳基及烯基硼酸的氰基化反应,在温和条件下以良好的产率得到一系列芳基及烯基腈类化合物(Scheme 2).这是第一例铑催化硼酸氰基化反应的报道.作者提出了可能的反应机理:铑催化剂与芳基硼酸发生转金属化得到芳基铑物种 I,随后与 N-Ts氰胺结合得到中间体 II,氰基插入碳铑键得到中间体III,该中间体发生消除反应得到目标产物芳基腈及铑物种 IV,生成的中间体 IV 可进一步与芳基硼酸发生转金属化得到芳基铑物种 I,继续进行催化循环.RBPhNCNTsK2CO3,1,4-dioxane80 oCRCNOHOH+Rh(OH)(cod)2(1 mol%)64%90%yieldsRh-OHArB(OH)2+BaseB(OH)3Rh-ArRhArNPhTsNNArNPhTsRhArCNPhNCNTsPhNRhTsArB(OH)2+BasePhNB(OH)2TsB(OH)3PhNHTs+proposed mechanismIIIIIIIVR=Aryl,Alkenyl 图式图式 2 铑催化硼酸的氰基化反应 Scheme 2 Rhodium-catalyzed cyanation of boronic acids 2013 年,Wang 等报道了铑催化含烯基官能团芳基N-Ts 氰胺化合物的分子内氰基化反应4(Scheme 3).该反应以邻位烯基取代芳基 N-Ts 氰胺为底物,实现了铑催化的分子内氰基从氮原子到末端烯烃的转移,为 3-邻氨基芳基丙烯腈类化合物的合成提供了一种新的方法.同年,傅尧等5以肟为导向基,N-Ts 氰胺为氰基化试剂,首次实现了铑催化芳烃邻位碳氢键的氰基化反应(Scheme 4).该反应不仅能兼容酚羟基、环氧、碘等高 R1R2NTsCNtoluene,120 oCRhCl(cod)2(10 mol%)DPEphos(10 mol%)R1R2NHTsCNH29%87%yields 图式图式 3 铑催化的分子内烯烃氰基化反应 Scheme 3 Rhodium-catalyzed intramolecular cyanation of sty-renes dioxane,120 oCPhNCNTs+RhCp*(CH3CN)3(SbF6)2(5 mol%)Ag2CO3(20 mol%)CNRNOMeXNOMeRNOMeXNOMeRCNMe79%CNNOMeHO53%CNNOMeAcHN72%CNNOMeO80%OX=O,S,NRNOMeCNONOMeCN67%SNOMeCN63%ONOMeCNNNOMeCN82%Bn75%Rh(III)PhNRh(III)TsPhNHTsNOMeHH+NRhOMePhNCNTsNRh(III)NNTsPhNOMeCNH+selected examplesproposed mechanismOMe 图式图式 4 铑催化芳基酮肟碳氢键的氰基化反应 Scheme 4 Rhodium-catalyzed CH cyanation of aryl ketone oximes 有机化学 综述与进展 76 http:/sioc- Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences Chin.J.Org.Chem.2023,43,7493 反应活性的官能团,还能兼容呋喃、噻吩、吡咯等杂环化合物.随后,Anbarasan 课题组6以吡啶等含氮杂环为导向基、谷利军课题组7以磷酰基为导向基、贾雪锋课题组8以偶氮基为导向基、孙培培课题组9以亚硝基为导向基、郝新奇课题组10以咪唑并吡啶为导向基、吴勇课题组11以三氮唑为导向基及宋毛平课题组12以吲唑为导向基等均实现了芳烃邻位碳氢键的氰基化反应.此外,吴勇等13还实现了离子液体中铑催化芳烃邻位碳氢键的氰基化反应.2015 年,徐华强和易伟课题组14利用 N-Ts 氰胺作为亲电氰基化试剂,实现了异羟肟酸酯导向的铑催化芳烃邻位碳氢键的氰基官能团化反应(Scheme 5).作者发现以二氧六环为反应溶剂时,仅可以得到氰基化产物;当以质子性溶剂甲醇为反应溶剂时,甲醇进一步进攻氰基化产物中的氰基,发生加成反应后得到活性亚胺酯,随后发生分子内转酰胺反应,并通过环化重排得到 3-肟基异吲哚啉酮类产物.dioxane,80oCPhNCNTsCp*RhCl22(2.5 mol%)Ag2CO3(1 equiv.)R+NHOOMeRNHOOMeCNMeOH,100oCPhNCNTsCp*Rh(OAc)2(10 mol%)Ag2CO3(0.5 equiv.)R+NHOOMeRNHONOMeproposed mechanism47%83%yields30%86%yieldsPhNRhTsPhNHTsPhNCNTsCp*Rh(III)NHOOMe2H+RhNOOMeCp*NRhNONTsPhOMeCp*H+NHOOMeCNCp*H+MeOHNHONHMeOOMeMeOHNHONOMe 图式图式 5 铑催化芳基异羟肟酸酯邻位碳氢键的氰基化反应 Scheme 5 Rhodium-catalyzed CH cyanation of aryl hy-droxamates 随后,Anbarasan 课题组15又利用该策略实现了吡啶、嘧啶等含氮杂环导向的吲哚、吡咯等杂环化合物C2 位的选择性氰基化(Scheme 6).其使用的吡啶、嘧啶等导向基可以方便地去除,得到 2-氰基吲哚化合物.2019 年,邓超和章维华课题组16以 1-(嘧啶-2-基)-1H-吲哚和苯基 N-Ts 氰胺的氰基化反应为研究对象,利用密度泛函理论(DFT)对该反应机理进行了理论计算,对吲哚底物仅发生 C2 位氰基化反应的选择性进行了解释.计算结果表明在吲哚 C7 位发生氰基化反应的活化能垒比在吲哚 C2 位发生氰基化反应的活化能垒高 3.4 kcalmol1.作者推测这可能是由于吲哚 C2 位具有更高的电子云密度,因此该位置亲核性更强,使得反应高选择性地发生在吲哚 C2 位.t-AmOH,120 oCPhNCNTsCp*RhCl22(