【人物与科研】复旦大学吴劼教授课题组：无金属条件下利用二氧化硫插入实现苯胺邻位C-H键磺酰化
导语
二氧化硫是最常见的硫氧化物，是大气主要污染物之一，其与雾霾的形成有极大关系。另外，二氧化硫还是造成酸雨的主要元凶，综合治理其污染是当前环境化学的重要研究内容之一。磺酰基片段（-SO2-）是一个非常重要的基团，其广泛存在于药物分子、农药分子及材料分子当中。磺酰基化合物的合成一直都受到化学家们的高度重视。近年来，磺酰基化合物如磺酰胺及砜类化合物的合成研究也取得了很多进展，目前其合成方法主要基于已有磺酰基片段的底物，如磺酰氯、亚磺酸、亚磺酸盐、磺酸等，而这些化合物的合成方法通常较为繁琐，且底物有很大的局限性。毫无疑问，如果能通过二氧化硫（SO2）这种简单原料引入磺酰基片段，从合成角度来看是最好的选择。近年来随着一些二氧化硫替代品如DABCO·(SO2)2、亚硫酸盐等的应用，二氧化硫的插入反应得到了快速发展。近年来，复旦大学吴劼教授课题组近年来十分关注二氧化硫的插入反应，发现了若干自由基转化历程，取得了一系列较好的成果（如：Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 2451; Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 11925; Review：Org. Chem. Front., 2018, 5, 691; Book: “Sulfur Dioxide Insertion Reactions for Organic Synthesis”, Nature Springer: Berlin, 2017）。
二氧化硫的插入反应
吴劼教授课题组简介
吴劼教授课题组成立于2004年9月，主要从事有机合成、药物化学及相关研究工作。目前，课题组成员有博士后1人，博士生5人，硕士生2人。课题组前期涉及基于天然产物优势骨架的合成方法学、组合化学及药物化学研究，目前主要关注二氧化硫插入在有机合成和药物合成中的应用。热忱欢迎广大对有机化学有浓厚兴趣的博士后和研究生加入课题组。
吴劼教授简介
吴劼，复旦大学教授，博士生导师。1991-1995年就读于江西师范大学化学系，1995-2000年在中国科学院上海有机化学研究所进行研究生学习（2000年获得博士学位），2000至2004年先后在美国哈佛大学（博士后）、洛克菲勒大学艾伦·戴蒙德艾滋病研究中心（访问科学家）及VivoQuest, Inc.（研究员）从事有机合成、药物化学及相关研究工作，2004年9月回国加入复旦大学化学系（副教授），2006年4月晋升为教授。目前主要研究领域：构建类天然小分子化合物用于抗肿瘤及抗病毒新药研究。2007年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”和上海市“浦江人才计划”，2010年获“Thieme Chemistry Journals Award”，2013年获“Dow Innovation Challenge Award”，2014-2017年连续入选爱思唯尔（Elsevier）中国“高被引”学者榜单。现为美国化学会“组合科学”编委（Editorial Advisory Board, ACS Combinatorial Science），“中国化学快报”青年编委，上海市化学化工学会有机化学专业委员会委员。独立工作以来已发表SCI论文260余篇，论文被引用11000余次，参与编写专著四本，撰写专著一本，获得美国发明专利2项，中国发明专利7项。
前沿科研成果
无金属条件下利用二氧化硫插入实现苯胺邻位C-H键磺酰化
芳香胺作为一类重要的有机合成前体，常被作为药物和生物活性分子设计和合成的有效靶点。目前已有许多合成芳香胺的方法，其中在过渡金属催化剂作用下芳香胺的邻位C(sp2)-H键官能化已成为产生多种苯胺的有力工具。最近，通过可见光引发自由基过程对芳香胺C-H键官能化受到持续关注，各种官能团可以通过自由基过程在温和条件下引入苯胺的芳环。
近年来，复旦大学吴劼教授课题组发现碳自由基和DABCO•(SO2)2或亚硫酸盐作用能有效地产生磺酰基自由基，进而用于合成各种磺酰类化合物。基于以上研究背景，作者从简单苯胺出发，在非金属条件下对苯胺C-H键官能化，高效构建了2-磺酰苯胺类化合物。
该课题组设计了苯胺类底物与芳基重氮盐、DABCO•(SO2)2的三组分反应。该反应无需添加金属催化剂与其他添加剂，反应条件温和，底物普适性好，卤素、酯基和硝基都能很好地兼容。除了N,N-二取代苯胺外，N-单取代苯胺也能以中等的收率得到目标产物。对于对位无取代的苯胺，也能够得到对位磺酰化的产物。
图1. 底物范围的考察
（来源：Chemical Communications）
图2. 底物范围进一步扩大至1b和1c
（来源：Chemical Communications）
基于该课题组以往的研究和相应的机理验证实验，作者提出了两种可能的反应机理：芳基重氮盐和DABCO•(SO2)2作用，原位产生芳基磺酰基自由基和叔胺基自由基阳离子，该叔胺自由基阳离子与苯胺发生单电子转移（SET）产生自由基阳离子B，同时释放DABCO（路径a）。自由基阳离子B进行互变异构得到自由基阳离子C，后者与芳基磺酰基A偶联生成中间体D。随后经脱质子和芳构化得到2-磺酰苯胺3。或者，芳基磺酰基自由基A进攻苯胺产生自由基E（路径b）。接着，叔胺自由基阳离子将参与单电子转移促使阳离子中间体F的生成，最后发生去质子化得到最终产物3。
图3. 可能的反应机理
（来源：Chemical Communications）
总结：该课题组设计了无金属条件下苯胺、芳基重氮盐和DABCO•(SO2)2的三组分反应，利用二氧化硫插入实现了苯胺邻位C-H键磺酰化。该反应在温和的条件下以良好的收率得到2-磺酰基苯胺化合物。该转化条件温和、选择性高、底物官能团兼容性好。
这一成果近期发表在Chemical Communications（DOI:10.1039/C8CC03465F）上，论文作者为：Kaida Zhou, Jun Zhang, Lifang Lai, Jiang Cheng, Jiangtao Sun, Jie Wu.
复旦大学吴劼教授课题组往期报道回顾：
复旦大学吴劼教授课题组实现可见光催化烷基三氟硼酸钾、二氧化硫和烯烃的三组分反应合成烷基磺酰基类化合物
关于人物与科研
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