【人物与科研】郑州大学陈晓岚/於兵教授课题组Org. Lett.：自由基串联环化反应新骨架--1-丙烯酰基-2-氰基吲哚类化合物

导语

含氮杂环化合物普遍存在于大量天然产物、药物分子和人造功能材料中。其中稠合吲哚的多环化合物存在大量医药和农药中。在医药领域，稠合吲哚可用作抗病毒、抗肿瘤、抗炎、抗菌、抗高血压等；在农药领域，其被广泛用于高效植物生长调节剂、杀菌剂等。目前，自由基串联环化反应是一种简便温和且能快速构建含氮杂环化合物的合成策略。反应过程中可避免耗时耗力的中间体分离、保护/脱保护步骤，且产生的废物少，被认为是发展绿色可持续转化的有用方法。在此背景下，设计新型骨架参与自由基串联环化反应具有重要意义。近日，郑州大学陈晓岚/於兵教授课题组开发了一类自由基串联环化反应新骨架：1-丙烯酰基-2-氰基吲哚类化合物，并在光催化作用下合成一系列磺酰化和硫氰化吡咯并[1,2-a]吲哚二酮类化合物（Scheme 1）。相关研究成果发表在Org. Lett.上（DOI: 10.1021/acs.orglett.2c00927）。

Scheme 1. Synthesisof sulfonated/thiocyanated pyrrolo[1,2-a]indolediones

（来源：Org. Lett.）

陈晓岚/於兵课题组简介

郑州大学陈晓岚/於兵课题组一直致力于绿色有机合成化学、有机杂原子化学方面的研究；迄今为止，相关研究在J. Am. Chem. Soc.、ACS Catal.、Chem. Sci.、Green Chem.、Chin. J. Catal.、Org. Lett.、Chem. Commun.、ChemSusChem、Org. Chem. Front.、ACS Sustainable Chem. Eng.、Chin. Chem. Lett.等国内外知名期刊上发表论文多篇。

前沿科研成果

自由基串联环化反应新骨架--1-丙烯酰基-2-氰基吲哚类化合物

首先，作者以2-氰基-3-苯基吲哚和甲基丙烯酰氯为原料，合成目标产物1-丙烯酰基-2-氰基-3-苯基吲哚1a。随后，以1-丙烯酰基-2-氰基-3-苯基吲哚1a和对甲基苯磺酰肼2a作为模板底物进行反应条件的优化，最终在最优条件下能以81%的收率得到目标产物3a。在最佳反应条件下，作者考察了该反应的底物范围（Scheme 2）。作者发现，以不同取代的磺酰肼作为磺酰基自由基前体时，均能以良好到优异的收率得到目标产物（3a-3v）。随后，作者又考察了1-丙烯酰基-2-氰基吲哚的底物范围，也能以良好到优异的收率得到目标产物（3w-3al）。接下来，作者探究了各种1-丙烯酰基-2-氰基吲哚和硫氰酸铵（4）反应，反应顺利发生并能以良好的收率得到相应的硫氰化吡咯并[1,2-a]吲哚二酮类化合物（5a-5l）。

Scheme 2. Substrate scope

（来源：Org. Lett.）

紧接着，为了探索该策略的实用性，作者进行了克级制备实验，以55%的分离收率得到目标产物3a（Scheme 3a）。另外，作者又发现硫氰化吡咯并[1,2-a]吲哚二酮产物5a可以分别和硫酸、(三氟甲基)三甲基硅烷反应，以良好的收率得到相应的硫代酰胺产物5aa和三氟甲基取代的产物5ab（Scheme 3b）。

Scheme 3. Gram-scale Synthesis of 3a and Synthetic Transformation of 5a

（来源：Org. Lett.）

通过对反应机理的进一步探索和相关的文献报道，作者提出了可能的反应机理（Scheme 4）：首先，在可见光的照射下，过硫酸铵转化成硫酸根自由基负离子，随后和磺酰肼作用，经过氢原子转移过程并释放氮气，产生磺酰基自由基B。自由基B对底物1a进行自由基加成，得到中间体C，再发生分子内的环化，得到亚胺自由基中间体D。中间体D从体系中得氢原子，产生亚胺中间体E，最后，中间体E经过原位水解得到目标产物3a。

Scheme 4. Plausible reaction mechanism

（来源：Org. Lett.）

总结：

郑州大学陈晓岚、於兵教授课题组开发了一类自由基串联环化反应新骨架：1-丙烯酰基-2-氰基吲哚类化合物，并基于该骨架实现了光催化的无过渡金属串联环化反应。该成果近期以“1-Acryloyl-2-cyanoindole: A Skeleton for Visible-Light-Induced Cascade Annulation”为题发表在Org. Lett.（DOI: 10.1021/acs.orglett.2c00927）上，硕士研究生黄安祥为第一作者，陈晓岚教授、於兵教授为共同通讯作者。论文作者：An-Xiang Huang, Hu-Lin Zhu, Fan-Lin Zeng, Xiao-Lan Chen,* Xian-QiangHuang, Ling-Bo Qu, Bing Yu*。该工作得到了国家自然科学基金面上项目、中原学者基金、河南省优秀青年基金、河南省高等学校重点科研项目及郑州大学专项基金的资助。

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