【人物与科研】南京理工大学易文斌教授课题组：磺酰氯的新用途——炔烃的直接氯化-硫化反应

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导语

乙烯基硫化物是有机合成和材料化学中常用的中间体，许多天然产物和生物活性化合物也含有乙烯基硫化物部分。其中β-卤代烯基硫化物具有相当重要的意义，因为卤素部分可以转化为复杂多样的链烯基硫化物。近日，南京理工大学化工学院易文斌教授课题组成功实现了磺酰氯这一经典试剂的新用途——炔烃的直接氯化-硫化反应，该双官能团化反应条件温和且无需外加氯源。相关研究成果发表于Org. Lett.（DOI: 10.1021/acs.orglett.8b02929）。

前沿科研成果

磺酰氯的新用途

——炔烃的直接氯化-硫化反应

传统合成β-卤代烯基硫化物的方法是通过硫卤化合物与炔的加成反应实现的。Modena和Benati分别报道了硫氯和硫溴对炔烃进行的双官能团化反应。Nishihara小组报道了钯和铁催化硫氯对炔烃的区域和立体选择性双官能团化反应。但是这些反应所使用的硫卤化合物缺点很明显：一方面，硫卤化合物十分不稳定，而且一般是由难闻的硫醇或者毒性很强的氯或溴合成而来；另一方面，硫卤化合物的种类十分有限，这也大大降低了这个反应的吸引力。

磺酰氯作为市售的廉价材料，已被广泛用作保护基团和亚磺酰化、磺酰化、氯磺酰化试剂或C-C键形成的离去基团。之前，易文斌教授课题组开发了三氟甲基磺酰氯对烯烃、炔烃的氯化-三氟甲基化反应，这次，他们将普通的磺酰氯开发作为氯化-硫化的双官能团化试剂。

图1. 反应条件的优化

（来源：Org. Lett.）

经过初步的研究之后，作者以对甲基苯乙炔1a和苯磺酰氯2a作为模型底物对反应条件进行优化（图1）。研究发现：铜盐对反应有很好的催化作用，其中CuCl的效果最好；溶剂种类、反应温度都会对反应收率产生较大影响。经过一系列筛选之后，作者确定了最佳反应条件：炔烃、苯磺酰氯和PPh₃的摩尔比为1:2:4，10%的CuCl为催化剂，DMF为溶剂，在85 ℃下反应4 h，反应收率可达到85%。

图2. 炔烃底物拓展

（来源：Org. Lett.）

接下来，作者将一系列含有供电子基（甲基、正丁基和苯基）和吸电子基（卤素、三氟甲基、氰基、硝基和酯）的苯乙炔与2a反应，得到中等至优异收率的产物（图2）。非苯乙炔类炔烃以及脂肪类炔烃也成功得到了相应产物。

图3. 内炔底物拓展

（来源：Org. Lett.）

进一步，作者发现除了端位炔烃以外，内炔也适用于这个反应（图3）。对称性内炔反应的收率良好，但是非对称的内炔则有可能生成加成方式相反的两种异构体。

图4. 控制试验

（来源：Org. Lett.）

随后，作者进行了控制实验（图4）。根据先前的报道，苯磺酰氯在PPh₃的还原作用下会生成苯硫氯，而且对照实验也说明CuCl对苯硫氯的加成有着催化作用；自由基捕捉剂TEMPO的加入不仅抑制了反应而且捕获到苯硫自由基，说明反应有可能是通过自由基途径进行的。当反应使用CuBr及CuI时，相应的溴化/碘化产物也能被气质联用仪检测到，说明铜催化剂可能不仅是反应的自由基引发剂，还起到了更多的作用。

图5. 反应机理

（来源：Org. Lett.）

基于控制实验结果，作者提出反应机理（图5）。首先，磺酰氯被PPh₃还原成为硫酰氯11，11与CuCl发生单电子转移形成自由基15，生成的CuCl₂与炔烃的三键作用形成了中间体16，这一过程可能控制着反应的区域选择性。作者基于DFT理论采用PRBE、BLYP两种方法计算了反应中间体的能量来佐证CuCl₂对反应区域选择性的影响（图6）。随后，自由基15与中间体16反应生成17，其转化为反式加成产物(E)-4并完成CuCl的循环。

图6. 基于DFT计算的中间体能量

（来源：Org. Lett.）

作者将价格低廉、种类繁多的磺酰氯用于炔烃的氯化-硫化反应，这为β-卤代烯基硫化物的合成提供了重要的补充方法。该合成方法温和的条件、良好的官能团耐受性及原料低廉的价格都表明其有着一定的应用前景。

该研究成果近期发表于Org. Lett.（DOI: 10.1021/acs.orglett.8b02929），南京理工大学化工学院博士研究生梁帅帅和讲师蒋绿齐博士为该论文的共同第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省青蓝工程、江苏省“六大人才高峰”等项目的大力支持。

往期报道回顾南京理工大学易文斌教授课题组: CF3SO2Cl的新用途——促进烯烃和炔烃的直接氯化-三氟甲硫基化反应

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