Angew. 山大王瑶教授课题组开创性发现了碘叶立德全新的反应模式
导读
近日，山东大学化学与化工学院王瑶教授课题组发现了碘叶立德全新的反应模式，揭示了碘叶立德在活化胺方面具有其他有机试剂无法比拟的独特性，为有胺类、醚类等多种物质参与的新反应体系的设计和发展开辟了一条蹊径。文章发表在Angew.上，文章DOI:10.1002/anie.201800389.
自从60多年前，Neiland和他的同事们制备出稳定的碘叶立德后，碘叶立德就作为一类可靠的试剂用于有机合成中。作为重氮化合物的替代试剂，这些叶立德化合物的主要用途是：在热催化下生成碳水化合物。这些碳烯或卡宾中间体可以参与一系列有用的转换，如分子间或分子内的环化的转化， C-H键的插入反应 (图1A)。碘叶立德也可以表现出与其它,如硫叶立德和磷叶立德相似的活性，因为它们已经被应用于作为亲核体的转化中。此外，一些报道还表明，碘叶立德可以被用作为亲电试剂。例如，最近的一项引人注目的研究表明，碘化钾可以作为独特的反应物。
尽管有这些重要的进步，但这些叶立德的合成潜力，鉴于其独特的成分，还远远没有被充分利用。例如，超价碘化合物的一个基本用途是它们在单电子转移(SET)过程中作为反应物的应用。然而，令人惊讶的是，这种反应在碘离子的研究领域仍然是我们所不了解的。作者的设想是，胺与碘离子结合，形成一个供体-受体复合物，它可以诱导一个独特的集合过程，从而导致发现前所未有的转变。
A: 碘叶立德的主要应用；B：Rh催化的萘胺环化；C:该课题组工作
例如，通过一金属铑催化插入法，建立了一种由1-萘胺氮-氧化物与重氮化合物组成的一种很好的铑(III)-催化的环状反应，形成环状取代四氢吡咯环(图1 B)。然而，这种环化反应不适用于苯胺氮-氧化物。尽管在吲哚衍生物的合成方面取得了这些重要的成就，但开发替代方法使其成为可能。在没有额外的超化学计量引发剂/氧化剂的情况下，简单胺的环化是一个有吸引力但又具有很大挑战性的目标。
该课题组发现从本质上不同于已知的碘叶立德反应，他们提出了一种看法，碘叶立德可以在作为一个二氢原子受体的同时，在一个简单的胺中裂解一个活化的C(sp3)-H键，使三级胺的直接环化，以碘铵生成二氢吲哚衍生物(图1C)。
反应条件的优化
一开始，化合物1a和化合物2a被用作模型底物以优化反应条件(结果见上表)。该课题组没有使用额外的引发剂/氧化剂或催化剂。期望的结果在1,2-二氯乙烷，室温下反应得到化合物3a，但是仅仅得到31%的产率。底物2-7使用了其他溶剂筛选，但是结果没有更好。底物8，该课题组使用了Lewis酸来催化反应，但是也没有得到想要的结果。接下来我们考虑了温度的因素，提高反应温度来筛选条件，结果显示这个反应对温度很敏感，各个底物9-12反应产率都有所提高。当反应问题提高到70摄氏度以上是，反应明显变快，底物11只需要2分钟就反应结束了。基于反应对于无水的要求，底物13-15用了比如4A分子筛，无水硫酸钠等出水，结果如上表。进一步提高底物的用量，但是产率也没有明显的提高。
在得到最优的条件后，该课题组又进行了底物的扩大研究。各种不同的三级胺都在可以以中等产率得到产物，结果如下图。
为了评估这个反应的实用性，该课题组选用底物2a和21，3a和31分别以中等产率得到产物。这二个反应也是在二分钟就结束了，因此放大也不会影响到反应速率和产率。
为了了解该反应的反应机理，该课题组做了一系列的实验。在仔细观察实验结果的基础上，该课题组总结了可能的机理，如下图：
一开始，碘叶立德和叔胺的复合物M1形成并诱导形成一个自由基离子对的过程，由自由基阳离子M2和自由基阴离子M3组成。 然后，一个氢原子转移过程发生在另一种碘叶立德从M2中转移氢自由基来给M4和自由基M5。自由基负离子M3与新形成的亚胺离子M4发生反应，生成一种自由基M6，它失去了一分子碘苯，从而形成一种活化的取代丙烯基M7，用于环化。自由基M7在芳香环上的环化会产生中间M8。最后一步是M8和M5之间的分子间氢原子转移得到最终产品3。
综上所述，该课题组已经在没有过渡金属催化剂的情况下，在不使用额外的引发剂/氧化剂的情况下，对三级胺进行了直接环化。这种转变在短短几分钟内就可以完成。此研究揭示了碘叶立德的特殊性质，以补充目前在该研究领域所开发的已知的反应活性，并为探索未知的化学转化开辟了新的途径。
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