【人物与科研】信阳师范学院李立新课题组：水相中溴代硫氮杂环的绿色高效合成

导语

含氮杂环化合物（噻嗪Thiazine）在天然产物、药物分子、材料化学中占据着重要的地位。近些年来已经引起了众多化学者的兴趣，发展出了许多策略构建这类化合物。其中C-H的直接氨化构建C-N键具有天然优势，有效地避免了底物的预活化、导向基团的加入，同时也减少了废弃物的产生，具有绿色高效快捷的反应合成优势。例如Wu和Muniz等组分别发现可见光作用下可以从磺酰胺底物快速构建碘代的苯并噻嗪类产物；河南师范大学的陈学年组报道了直接从苯硫醚出发快速高效合成苯并噻嗪。近日，信阳师范学院李立新课题组在该领域取得了新的研究进展（DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02131）。

图1. 构建含氮杂环化合物的方法策略

（来源：Org. Lett.）

李立新简介

李立新，2006-2013年在河南大学分别获得学士学位和硕士学位，师从江智勇教授。2014-2018年，在中国科学院兰州化学物理研究所攻读博士学位，师从黄汉民研究员。2018年3月，加入信阳师范学院化学化工学院，从事自由基化学研究，目前担任讲师职位，在Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Org. Lett., Chem. Comm., Org. Synth., Adv. Synth. Catal.等发表文章十余篇。2019年获得南湖学者“青年学者奖励计划”。自从独立工作以来，已经在Organic Letters, Advance Synthesis & Catalysis发表文章多篇。主要研究方向为可见光催化的烯烃的不对称官能团化反应、过渡金属催化的C-H活化反应研究。

前沿科研成果

水相中溴代硫氮杂环的绿色高效合成

由于噻嗪类化合物具有特殊的生物活性以及特有的骨架结构，有机化学家一直对这类化合物的合成有着浓厚的兴趣。然而文献中报道的构建此类分子结构的方法均需要在有机溶剂中反应。基于对以往工作的研究考察，作者发现此类反应的溶剂通常是在大极性溶剂中进行，作者设想能否对反应底物和反应条件进行优化，进而实现水相的C-N/C-Br成键反应，简洁高效地构建一系列目标产物。作者通过一系列条件优化发现，当使用PhI(OAc)₂为氧化剂，NaBr为溴源，水作溶剂，即可绿色高效地完成上述转化。

图2. 磺酰胺类底物拓展

（来源：Org. Lett.）

随后，作者对反应底物进行了拓展，研究结果表明，当反应底物为磺酰胺类化合物时（图2），可以得到单溴代的苯并噻嗪类产物。无论是供电子或是拉电子取代基，都能得到目标产物，当强拉电子取代基引入到C-N成键的苯环时，溴代产物被完全抑制。当脂肪族的磺酰胺作为底物时，也可顺利地完成上述转化。当反应底物为硫亚胺类化合物时，可以高效地得到双溴代的噻嗪类产物，即使当引入拉电子基团在C-N环上时，反应同样可以89%的收率得到目标产物（图3）。

图3. 硫亚胺类底物拓展（来源：Org. Lett.）  对于二者溴代物的不同，作者进行了计算，发现环酰胺骨架和硫亚胺骨架的苯环上电子云分布相差不大，排除了电富性导致的溴代产物的不同。进一步的研究证明，当引入大位阻的异丙基时，二溴代产物收率出现明显下降，单溴代产物收率大幅度上升，证明了空间位阻是溴代产物不同的主要因素（图4）。作者随后对反应机理进行了研究，发现当不加入NaBr时，只能得到C-N成键的产物，当以该产物为底物时，在标准条件下，即可转化为目标产物，证明了该转化经历了C-N、C-Br成键的接力转化。  总之，作者通过原子经济、环境友好的方法快速构建了硫氮杂环类化合物，一步实现了C-N和C-Br成键反应。该反应可以在水中顺利地完成转化，通过简单的过滤即可得到高纯度的目标产物，该方法的建立为大量合成噻嗪类化合物提供了途径。对其他杂环类化合物的研究，其工作仍在继续。

图4. 反应机理的研究（来源：Org. Lett.）  这一研究成果发表在Org. Lett.上（DOI:10.1021/acs.orglett.9b02131），该工作是在信阳师院本科生李勇、赵争光、罗浩天的辛勤工作下完成的。上述研究成果得到了信阳师范学院博士启动经费、南湖学者“青年奖励计划”专项经费的资助。

课题组合照

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