邻位酰胺基导向的共轭烯炔烃的二碘化-水化反应

2020-11-26林川凯张彩霞黄棵棵王玉超刘晋彪

江西理工大学学报 2020年5期

林川凯，张彩霞，黄棵棵，王玉超，刘晋彪

（江西理工大学材料冶金化学学部，江西赣州341000）

0 引言

共轭烯炔包含碳碳三键和双键结构，是有机化学中重要的中间体和结构单元[1]。由于共轭烯炔烃的结构复杂，相比普通的炔烃和烯烃[2-4]，共轭烯炔在有机合成中，存在反应选择性不高的问题。通常，在过渡金属催化的情况下，反应优先发生在炔键上[5-6]，而亲电加成和自由基加成更倾向于发生在双键上[7-8]。然而，如何同时实现三键和双键的选择性多官能团化还较少报道。

近年来，以烯炔为基础的区域选择性转化引起了越来越多有机化学专家的关注[9-11]。例如，Alachouzos等报道了一种以共轭烯炔为原料的阳离子级联反应，合成了一系列的复杂多环分子[12]；Zhu等合成了一系列多取代联烯产物，在铜催化下，通过自由基过程实现了共轭烯炔的1，4-二官能团化反应[13]。其中，邻位基团导向，是实现不饱和烃的选择性官能团化的一种有效方法[14]。结合本课题组近来在邻位基团导向的炔烃的选择性溴代反应[15-17]，本文研究一种N-碘代丁二酰亚胺（NIS）促进的邻位酰胺基导向的共轭烯炔烃的二碘化-水化反应（图 1）。

图1 邻酰胺基导向的共轭烯炔烃的二碘化-水化反应

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1H和13C NMR用Bruker-400M型超导核磁共振仪测定（TMS为内标）；Agilent 6410型三重串联四极杆质谱仪；试剂和溶剂购买于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，皆为市售分析纯或化学纯试剂。

1.2 产物2的合成通法

在试管中，加入共轭烯炔底物1（0.2 mmol），NIS（0.5 mmol），混合溶剂四氢呋喃/水（V∶V=1∶5，2.0 mL），常温反应5 h，用薄层色谱法监测反应。待底物1转化完全后，向试管中加入2 mL水，并用乙酸乙酯（3×2 mL）萃取。合并有机相并用无水硫酸钠干燥，再经旋转蒸发仪浓缩溶剂，最后通过柱层析分离纯化（乙酸乙酯/石油醚，V∶V=1∶20）得到目标产物2。

1.3 产物2的结构表征

（Z）-N-（2-（2，4-二碘-2-丁烯酰基）苯基）苯甲酰胺（2a）：黄色固体，产率 99%。1H NMR（400 MHz，CHCl3） δ 11.52 （s，1H），8.84 （d，J=8.5 Hz，1H），8.05～7.97 （m，2H），7.70 （d，J=7.9 Hz，1H），7.65 （t，J=7.9 Hz，1H），7.59～7.47 （m，3H），7.16 （t，J=7.6 Hz，1H），6.62 （t，J=8.4 Hz，1H），4.13（d，J=8.4 Hz，2H）;13C NMR （101 MHz，CHCl3）δ 194.5，165.8，145.1，141.6，135.6，134.2，133.1，132.3，128.9，127.4，122.6，121.7，120.6，107.7，5.8;HRMS （ESI） calcd for C17H14I2NO2+：517.9036 （M+H+），found：517.9036。

（Z）-N-（2-（2，4-二碘-2-丁烯酰基）苯基）-4-甲基苯甲酰胺（2b）：黄色固体，产率74%。1H NMR（400 MHz，CHCl3） δ 11.48 （s，1H），8.84 （d，J=8.4 Hz，1H），7.91 （d，J=8.2 Hz，2H），7.71～7.68（m，1H），7.64 （t，J=7.9 Hz，1H），7.30 （d，J=7.9 Hz，2H），7.17～7.13 （m，1H），6.61 （t，J=8.3 Hz，1H），4.12 （d，J=8.3 Hz，2H），2.42 （s，3H）;13C NMR（101 MHz，CHCl3） δ 194.5，165.8，144.9，142.8，141.7，135.6，133.1，131.5，129.5，127.4，122.4，121.6，120.6，107.7，21.6，5.8;HRMS （ESI） calcd for C18H16I2NO2+：531.9192（M+H+），found：531.9192。

（Z）-N-（2-（2，4-二碘-2-丁烯酰基）苯基）-2-甲基苯甲酰胺（2c）：黄色液体，产率61%。1H NMR（400 MHz，CHCl3） δ 10.81 （s，1H），8.80 （d，J=8.1 Hz，1H），7.70～7.63 （m，2H），7.61～7.57 （m，1H），7.39 ～7.36 （m，1H），7.31 ～7.26 （m，2H），7.21 ～7.15 （m，1H），6.65 （t，J=8.4 Hz，1H），4.13 （d，J=8.4 Hz，2H），2.55 （s，3H）;13C NMR （101 MHz，CHCl3） δ 193.9，168.5，145.5，141.2，137.1，135.7，135.3，132.8，131.5，130.7，127.1，126.2，122.6，121.7，121.0，108.2，20.3，5.7;HRMS （ESI） calcd for C18H16I2NO2+：531.9192 （M+H+），found：531.9192。

（Z）-N-（2-（2，4-二碘-2-丁烯酰基）苯基）-3-甲基苯甲酰胺（2d）：黄色固体，产率75%。1H NMR（400 MHz，CHCl3） δ 11.45 （s，1H），8.84～8.82 （m，1H），7.83 （s，1H），7.80～7.78 （m，1H），7.71～7.69（m，1H），7.67～7.63 （m，1H），7.42～7.35 （m，2H），7.19～7.14 （m，1H），6.62 （t，J=8.4 Hz，1H），4.13（d，J=8.3 Hz，2H），2.45 （s，3H）;13C NMR （101 MHz，CHCl3） δ 194.4，166.1，144.8，141.6，138.7，135.5，134.3，133.0，133.0，128.7，128.2，124.3，122.5，121.8，120.7，107.6，21.5，5.7;HRMS（ESI） calcd for C18H16I2NO2+：531.9192 （M+H+），found：531.9193。

（Z）-N-（2-（2，4-二碘-2-丁烯酰基）苯基）-4-氯苯甲酰胺（2e）：黄色固体，产率92%。1H NMR（400 MHz，CHCl3） δ 11.54 （s，1H），8.80 （d，J=8.5 Hz，1H），7.94 （d，J=8.4 Hz，2H），7.70 （d，J=7.9 Hz，1H），7.64 （t，J=7.8 Hz，1H），7.47 （d，J=8.4 Hz，2H），7.17 （t，J=7.6 Hz，1H），6.61 （t，J=8.3 Hz，1H），4.12 （d，J=8.4 Hz，2H）;13C NMR （101 MHz，CHCl3）δ 194.7，164.6，145.1，141.4，138.5，135.7，133.2，132.6，129.1，128.9，122.7，121.6，120.5，107.4，5.7;HRMS （ESI）calcd for C17H13ClI2NO2+：551.8646（M+H+），found：551.8622。

（Z）-N-（2-（2，4-二碘-2-丁烯酰基）苯基）-4-氟苯甲酰胺（2f）：黄色固体，产率97%。1H NMR（400 MHz，CHCl3） δ 11.52 （s，1H），8.81 （d，J=8.4 Hz，1H），8.06～7.98 （m，2H），7.71 （d，J=7.9 Hz，1H），7.65 （t，J=7.9 Hz，1H），7.22～7.13 （m，3H），6.61 （t，J=8.3 Hz，1H），4.13 （d，J=8.3 Hz，2H）;13C NMR（101 MHz，CHCl3） δ 194.7，165.2 （d，J=253.2 Hz），164.6，145.0，141.6，135.7，133.2，130.5 （d，J=3.0 Hz），129.9 （d，J=9.1 Hz），122.6，121.6，120.5，116.0 （d，J=22.0 Hz），107.4，5.7;HRMS （ESI） calcd for C17H13FI2NO2+：535.8941（M+H+），found：535.8949。

（Z）-N-（2-（2，4-二碘-2-丁烯酰基）苯基）-2-萘甲酰胺（2g）：黄色固体，产率51%。1H NMR（400 MHz，CHCl3） δ 11.04 （s，1H），8.91 （d，J=8.9 Hz，1H），8.50 （d，J=8.4 Hz，1H），7.99 （d，J=8.3 Hz，1H），7.92～7.88 （m，1H），7.85 （d，J=7.1 Hz，1H），7.74～7.67 （m，2H），7.61～7.51 （m，3H），7.24～7.19 （m，1H），6.66 （t，J=8.4 Hz，1H），4.13 （d，J=8.4 Hz，2H）;13C NMR（101 MHz，CHCl3） δ 193.9，168.0，145.5，141.2，135.3，133.9，133.7，132.8，131.6，130.3，128.4，127.4，126.5，125.7，125.4，124.9，122.8，121.9，121.2，108.2，5.7;HRMS （ESI）calcd for C21H16I2NO2+：567.9192 （M+H+），found：567.9198。

（Z）-N-（2-（2，4-二碘-2-丁烯酰基）苯基）-2-噻吩甲酰胺（2h）：黄色固体，产率52%。1H NMR（400 MHz，CHCl3）δ 11.55 （s，1H），8.77 （d，J=8.4 Hz，1H），7.79～7.77 （m，1H），7.72～7.70 （m，1H），7.66～7.60 （m，1H），7.58～7.57 （m，1H），7.19～7.11 （m，2H），6.61 （t，J=8.4 Hz，1H），4.14 （d，J=8.4 Hz，2H）;13C NMR （101 MHz，CHCl3）δ 194.6，160.4，144.7，141.5，139.7，135.7，133.2，131.7，128.9，128.0，122.5，121.4，120.1，107.3，5.7;HRMS（ESI） calcd for C15H12I2NO2S+：523.8600 （M+H+），found：523.8630。

（Z）-N-（2-（2，4-二碘-2-丁烯酰基）苯基）氨基甲酸苄酯（2i）：黄色固体，产率54%。1H NMR（400 MHz，CHCl3） δ 9.97 （s，1H），8.42 （d，J=8.5 Hz，1H），7.61～7.55 （m，2H），7.49～7.28 （m，5H），7.08 （t，J=7.6 Hz，1H），6.59 （t，J=8.4 Hz，1H），5.21 （s，2H），4.11 （d，J=8.4 Hz，2H）;13C NMR （101 MHz，CHCl3） δ 193.5，153.4，145.2，141.4，135.9，135.1，132.7，128.6，128.3，128.3，121.6，120.3，120.1，108.5，5.9;HRMS （ESI） calcd for C18H16I2NO3+：546.9141（M+H+），found：546.9140。

（Z）-N-（2-（2，4-二碘-2-丁烯酰基）苯基）-环己基甲酰胺（2j）：黄色液体，产率65%。1H NMR（400 MHz，CHCl3） δ 10.49 （s，1H），8.60 （d，J=8.5 Hz，1H），7.58 （d，J=7.9 Hz，1H），7.52 （t，J=7.8 Hz，1H），7.06 （t，J=7.6 Hz，1H），6.61～6.49 （m，1H），4.08 （dd，J=8.3，1.2 Hz，2H），2.30～2.19 （m，1H），1.95 （d，J=12.6 Hz，2H），1.78 （d，J=10.6 Hz，2H），1.65 （d，J=9.9 Hz，1H），1.47 （q，J=24.1，12.0 Hz，2H），1.34～1.16 （m，3H）;13C NMR （101 MHz，CHCl3）δ 194.0，175.3，145.2，141.4，135.3，132.8，122.2，121.6，120.5，108.3，46.9，29.5，25.7，6.0;HRMS（ESI） calcd for C17H20I2NO2+：523.9505 （M+H+），found：523.9501。

2 结果与讨论

2.1 反应条件优化

为了提高反应的选择性和产率，首先对模板反应进行了条件优化，如表1所示。以2-（共轭烯炔）-N-苯甲酰基苯胺1a为底物进行相关条件优化。由于碘化试剂对反应的影响很大，所以对碘源进行探索是十分有必要的。研究发现，使用四丁基碘化铵、单质碘、NIS均可得到目标产物；与其他碘源相比，使用NIS产率最高，产率为81%（表1，编号 1～3）。之后，考察了溶剂效应，发现溶剂对反应影响很大。当使用四氢呋喃/水（V/V，1∶1）替换二氯乙烷/水（V/V，1∶1）为混合溶剂时，产率提高到92%（表 1，编号 4），但使用乙腈/水（V/V，1∶1）作为混合溶剂时，反应受到抑制，只获得69% 的产率（表1，编号5）。随后，通过调节混合溶剂的比例，发现提高水的比例可以获得高达99%的产率（表1，编号6）。然而，当进一步提高含水量时，产率有所降低（表1，编号7）；用纯水作溶剂也可以获得84%的产率（表1，编号8）。综上，该反应最佳条件为：0.2 mmol 2-（共轭烯炔）-N-苯甲酰基苯胺，0.5 mmol NIS，2 mL 四氢呋喃/水（V/V，1∶5）作为混合溶剂，常温下反应5 h。

表1 反应条件优化a

2.2 底物拓展

基于上述选择性二碘代-水化反应条件优化结果，考察了一系列2-（共轭烯炔）-N-苯甲酰基苯胺，顺利合成了一系列的二碘代产物，具体产物如图2所示。首先，考察了R2基团对反应的影响，当R2基团为芳环时，芳环上取代基对反应影响很大，芳环上连有吸电子基团时更有利于反应进行，如2b、2e、2f分别获得 74%、92%、97%的产率；空间位阻较大的邻甲基底物1c仅仅以61%的产率获得目标产物2c。除了芳环以外，当R2基团为萘环和噻吩杂环时也可以顺利反应，产率中等（2g和2h，51%和52%）。当R2基团为苄基或者环己基时，该反应亦可顺利发生，并以中等产率获得目标产物（2i和2j，54%和65%）。由此可见，NIS促进的共轭烯炔烃的选择性二碘代-水化反应受电子效应和空间位阻影响较小，具有较好的普适性。

图2 底物的适用范围

基于反应结果和之前的研究[15-19]，提出了该反应的机理（图3）。首先，碘正离子与底物1a发生亲电加成，形成炔丙基正离子中间体A。随后，中间体A重排得到联烯正离子B。紧接着，酰胺羰基氧亲核进攻联烯，经分子内环化形成六元环中间体C。最后在水分子和碘正离子的作用下，开环形成最终产物2a。反应中存在氧转移过程，其中产物2a的酰胺羰基氧来源于水分子，而产物2a的酮羰基氧来源于底物1a的酰胺羰基氧。