【有机】从肟到氮宾——基于氮宾的扩环重排构建氮杂环

氮宾是一类活泼的中间体，广泛应用于有机合成中制备含氮化合物，众多的前体可用于产生氮宾或类氮宾（nitrenoid）中间体。肟是一类易于合成且通常稳定的化合物，早在1943年法国科学家Hoch教授成功地将肟作为氮宾前体与格氏试剂反应用于氮杂环丙烷衍生物的合成【图一，（a）】。在该体系中，肟的α-位氢取代是必须的，反应可能经历了分子内格氏试剂参与的α-位去质子化过程，然后碳负离子参与消除反应产生烯基氮宾。烯基氮宾进一步环化异构化得到氮杂环丙烯中间体，其进一步参与后续反应得到氮杂环丙烷化合物。

图一、肟产生氮宾策略

最近中国科学技术大学顾振华课题组、长春工业大学的赵金钵课题组开发了一种基于9H-芴-9-酮肟和芳基格氏试剂的类氮宾的产生方法【图一，（b）】。反应添加ZnEt₂可以减少格氏试剂的用量同时提高反应收率。由于缺乏α-位氢取代而不能产生相应的碳负离子，作者认为第二分子格氏试剂会进一步对C=N双键加成，进而形成羟胺—锌、镁类四元环结构。之后金属促进N-O键的断裂产生金属氮宾中间体，其进一步扩环重排形成菲啶衍生物。

实验结果表明反应具有良好的普适性。当肟为非对称结构时反应具有一定的选择性，富电子芳环更优先发生迁移/重排；同时反应亦适用于一些吡啶骈合的杂环的合成，噻吩和吡咯并环均可。二茂铁衍生的酮肟也可参与此反应，并且底物的平面手性可以完好的保留到产物之中。

图二、底物考察

最后作者对该反应进行了理论计算研究。作者发现：（i）反应决速步是格氏试剂对C=N双键的加成反应，ZnEt₂的加入降低了此步的活化能；（ii）锌、镁双金属协同促进N-O键的断裂，期间氮中心表现出氮宾的性质。计算发现N-O键的断裂和芳基的迁移重排是一个协同的过程【图三】；（iii）氮中心单线态的能量要显著低于三线态的能量，故而作者认为反应是通过单线态过渡态实现扩环重排的。

图三、Zn/Mg类氮宾参与扩环重排的DFT计算

在该工作中，顾振华和赵金钵课题组发展了一种从易得的环状芳基酮肟与格氏试剂出发产生活性金属类氮宾关键中间体的方法，该中间体通过扩环重排构建吡啶骨架。反应具有底物易得、适用范围广、操作简单等优点，该反应为菲啶及其衍生物的合成提供了新的思路。

论文信息

Nitrenoid from Oxime: A Practical Synthesis of Planar Chiral Ferrocenyl Phenanthridines via Nitrene-Involved Ring-Expansion Reaction

Na Li, Dr. Biqiong Hong, Prof. Jinbo Zhao, Prof. Zhenhua Gu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202215530 

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