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无金属条件下碱促进的N-磺酰腙直接合成亚磺酸酯 2023-04-25


↓ 有机化学专题丨13

亚磺酸酯具有广泛的生物活性,可以促进肌细胞吸收葡萄糖,调节帕金森综合征蛋白DJ-1的线粒体功能,用作活细胞的化学探针。此外,亚磺酸酯作为通用的有机合成中间体,兼具亲电性与亲核性,可用于制备含硫化合物,包括亚砜、亚磺酰胺、砜和硫醚等。

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Yuan-Zhao JiQin-Xi WuHui-Jing LiDong-Hui LuoYan-Chao Wu

Base-Promoted Direct Synthesis of Sulfinates from N-Sulfonyl­hydrazones under Metal-Free Conditions

Synthesis 2020; 52(05): 755-762
DOI: 10.1055/s-0039-1690754

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通常,亚磺酸酯可以由醇与亚磺酰基正离子[ArS=O]+ 或亚磺酰基自由基[ArS=O].酯化制备。亚磺酰基正离子和亚磺酰基自由基可以由不同的前体原位生成,例如亚磺酰酰氯、亚磺酸(盐)、磺酰氯或磺酰肼等,或由硫醇和二硫化物氧化得到。

另一方面,对甲苯磺酰腙作为重氮化合物的前体,经常被用于C-C、C-O、C-N、和C-Si键的构建。在碱性加热条件下,用金属(铜、铁、铑等)催化,使对甲苯磺酰腙分解可以制备砜。但是,用上述方法制备亚磺酸酯却困难重重,目前只有在极性非质子性溶剂中使用wittig叶立德这样的特殊方法才能做到。因此,作者报道了一种通用高效的由对甲苯磺酰腙直接制备亚磺酸酯的方法,该方法无需金属催化,只需碱促进即可进行。

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经过条件筛选,确定了对甲苯磺酰腙和碱(DIPEA)1:1底物比例,硝基甲烷为溶剂,90℃反应2h为最佳反应条件。在该反应条件下,使用苯甲醛衍生的对甲苯磺酰腙都可以取得不错的结果,苯甲醛的苯环上兼容不同位置不同电子效应的取代基。使用苯甲酮衍生的对甲苯磺酰腙,也有较好的结果,但是当使用叔丁基苯基酮时,反应不发生。值得一提的是,该反应也可以由对甲苯磺酰肼和相应的醛酮反应,一锅法制备亚磺酸酯,中间体对甲苯磺酰腙无需分离。

另外,作者进行了详细的机理研究。加入自由基捕获剂TEMPO,反应不受影响,证明反应是非自由基历程;使用烷基化的磺酰腙作为对照实验,反应不发生,说明反应历程包含N-H键的断裂;采用不同的磺酰腙进行交叉实验,说明反应包含分子间历程。

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最终,作者提出了合理的机理。磺酰腙1在碱的作用下失去质子,得到腙负离子6,互变异构后质子化得到兼具亲核性与亲电性的中间体7。接着中间体7的亲核氧进攻另一分子的中间体7的亲电碳,得到产物亚磺酸酯并释放出氮气。另一方面,腙负离子6也可以进攻中间体7的亲电碳,得到副产物烷基化的磺酰腙。

与作者的合成方法相比,由磺酰腙合成砜通常是在金属催化条件下进行的。金属催化剂先和亚磺酸负离子形成活泼的金属配合物M-SO2Ar,接着与重氮化合物反应得到芳基磺酸金属卡宾,再发生SO2Ar-的迁移-插入,得到最终产物。作者报道的亚磺酸酯的合成方法,无需金属催化,磺酰腙不会分解为亚磺酸负离子;磺酰腙上的氧带有部分负电荷可以进攻另一分子的腙,利于产物亚磺酸酯的形成;而且磺酰腙上类四面体构型的S原子虽带有部分正电荷但位阻足够大,阻止了可能的亲核进攻,有效防止了副产物砜的生成。

综上所述,作者开发了一种简便的由N-磺酰腙直接合成亚磺酸酯的方法。该方法无需金属催化,在温和条件下碱促进即可进行,有较好的工业应用前景。该反应也可以由对甲苯磺酰肼和相应的醛酮反应,一锅法制备亚磺酸酯,中间体对甲苯磺酰腙无需分离。较为遗憾的是,该方法会有少量的N-烷基化副产物生成。作者目前正在进行该方法的进一步研究应用,相信在不久的将来可以看到更完善的亚磺酸酯合成方法。