【人物与科研】河南大学李盼课题组：苯骈三氮唑和羧酸捕获可见光促进重氮乙酸酯和腈产生的腈离子

导语

重氮化合物是一种极其重要的有机合成中间体，具有丰富多样的反应活性。近日，河南大学李盼课题组发现了可见光促进重氮乙酸酯产生的游离卡宾能被烷基腈捕获产生腈叶立德，随后从苯骈三氮唑或羧酸获取质子生成相应的腈离子，最后与苯骈三氮唑或羧酸负离子反应生成相应的亚胺基苯骈三氮唑或双酰基甘氨酸酯。相关成果在线发表于Org. Lett. 2022, 24, 5855–5859（DOI: 10.1021/acs.orglett.2c02426）。

前沿科研成果

苯骈三氮唑和羧酸捕获可见光促进重氮乙酸酯和腈产生的腈离子

苯骈三氮唑是一种重要的杂环，在功能化材料、药物和配体中有广泛的应用。1990年，Katritzky课题组首次报道了苯骈三氮唑与酰胺构建亚胺基苯骈三氮唑。该反应成功的关键在于酰胺在三氯氧磷和三乙胺的帮助下产生的腈离子。作者设想重氮乙酸酯在可见光的照射下产生的游离卡宾可能与腈反应产生腈离子，该反应条件温和，氮气作为唯一的副产物（图1）。

图一. 腈离子参与的N-亚氨基化反应（来源：Org. Lett.）

作者以重氮乙酸乙酯1a、乙腈2a和苯骈三氮唑3a作为模板底物进行条件优化，反应在最优条件下以83%的收率得到N-亚氨基化产物。为了考察该合成方法的底物适用范围，作者首先对重氮乙酸酯和腈类化合物进行考察（图二）。由相应的一级、二级和三级醇制备的重氮乙酸酯类化合物都能得到良好的收率。除此之外，不同类型的烷基腈也能得到较好的收率。

图二. 重氮乙酸酯和腈适用范围研究（来源：Org. Lett.）

随后，作者又对不同取代的苯骈三氮唑和苯骈咪唑进行考察，并取得良好收率（图三）。

图三. 苯骈三氮唑适用范围研究（来源：Org. Lett.）

通过筛选其他弱的亲核试剂，作者发现重氮乙酸酯与腈在可见光条件下产生的腈离子也能被羧酸化合物捕获，得到Mumm重排类型的产物（图四）。值得注意的是，由于羧酸（pK_a = 5）比苯骈三氮唑（pK_a = 13）的酸性强，重氮乙酸酯与腈产生的腈叶立德更容易从羧酸中获取质子产生腈离子。因此，该反应在室温条件下就能得到高收率的产物。

图四. 羧酸适用范围研究（来源：Org. Lett.）

如图五所示，亚胺基苯骈三氮唑能被克级合成；利用苯骈三氮唑作为离去基团，可以合成亚胺基硫醇；还能与缺电子的炔烃和烯烃反应，构建多官能团化的有机分子。

图五. 克级反应和应用（来源：Org. Lett.）

如图六所示，对照实验表明芳基重氮乙酸产生的游离卡宾易于苯骈三氮唑反应，而不与腈反应；常见的自由基抑制剂TEMPO不能抑制该类反应；氘代实验表明甲醇能促进腈叶立德产生腈离子。

图六. 控制实验（来源：Org. Lett.）

根据文献报道和对照试验，作者提出了可能的反应机理（图七）。在可见光照射下，1a转变为游离卡宾A，腈与卡宾A反应产生腈叶立德B，随后获得质子产生关键的腈离子C，最后被苯骈三氮唑和羧酸捕获得到目标产物。

图七. 可能的反应机理（来源：Org. Lett.）

这一成果近期发表在Org. Lett.（DOI: 10.1021/acs.orglett.2c02426）。河南大学化学化工学院2020级硕士研究生朱柯勇为论文第一作者，李盼教授、赵静静老师为通讯作者。研究工作得到了河南大学黄河学者启动经费、河南大学化学化工学院优秀青年经费、中国博士后科学基金（2020M672199、2019M662477）、河南省自然科学基金（202300410062）、河南省博士后基金（201902023）的资助。

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李盼课题组简介

课题组成于2019年9月，主要围绕有机活性中间体自由基、卡宾、苯炔开展研究，希望通过高效、绿色的合成方法构建官能团化的杂环类药物分子。课题组在Org. Lett.、J. Org. Chem.、Adv. Synth. Catal.等国际知名学术期刊发表论文10余篇，撰写Wiley-VCH专著一个章节。课题组目前有讲师1名，硕士研究生5名。

李盼教授简介

李盼，河南大学化学化工学院教授。本科、硕士毕业于河南大学（2005–2012），博士毕业于中国科学院大学兰州化学物理研究所（2012–2015），美国南佛罗里达大学化学系博士后（2016–2018）。2018年8月加入河南大学，被聘为河南大学黄河学者特聘教授，2020年晋升教授。

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