EurJOC:铜催化的苯并噻唑逐步有氧氧化/N-芳基化反应

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噻唑烷酮含有氮、硫和氧杂原子,决定了它们电子丰富,容易形成非共价键相互作用,如氢键、与非金属离子的配位、π-π积聚、静电和疏水相互作用。特别是苯并噻唑啉-2-酮的各种物理化学特性决定了它在化学、制药、生物和材料科学等许多领域的广泛应用。因此,有效合成苯并噻唑啉-2-酮衍生物受到广泛关注。迄今为止,构建苯并噻唑啉-2-酮骨架的方法主要有以下几种:(i)苯并噻唑与定向基团的羟基化反应;(ii)通过单击或级联反应对正交取代的苯基噻吩进行环加成反应;(iii)苯基异氰酸酯的简便双硫化和取代正金属化反应;(iv)苯并噻唑啉-2-酮的去保护反应;N-芳基硫代氨基甲酰氟与H2O的钴催化水解/C-H硫代反应。然而,这些合成苯并噻唑啉-2-酮的方法经常使用气味难闻的有毒试剂、苛刻而危险的反应条件、不易获得的原材料或缺乏原子经济性。因此,直接氧化苯并噻唑啉成为合成苯并噻唑啉-2-酮的另一条途径。


近日,石河子大学刘平教授课题组报告一种3-芳基苯并噻唑啉-2-酮化合物的高效合成方法。首先,在CuCl2三氟乙酸酐存在下,取代的苯并噻唑可顺利氧化为苯并噻唑啉-2-酮衍生物。其次,在Cu2S催化下,苯并噻唑啉-2-酮与芳基硼酸发生N-芳基化反应,产生了一系列新型3-芳基苯并噻唑啉-2-酮衍生物。该方法对多种底物都有很好的产率,并显示出与官能团的良好兼容性。3-芳基苯并噻唑啉-2-酮的衍生化进一步说明了该骨架的用途。机理研究表明,苯并噻唑的氧化可能经历了一个自由基反应过程(图1-4)。



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图1. 取代苯并噻唑的氧化反应

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图2. 苯并[d]噻唑-2(3H)-酮衍生物的N-芳基化的反应

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图3. 克级规模反应及衍生化反应

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图4. 可能的反应机理

在控制实验的基础上,作者提出了该反应的可能机理如图4所示。首先,用三氟乙酸酐和CuCl2处理苯并噻唑,得到铜(II)配合物(I)。中间体(I)与O2反应生成Cu(III)-过氧配合物(II)。自由基环化导致配体脱落三氟乙酸自由基,形成过羧酸中间体(III),随后生成的铜氧中间体(IV)与苯并噻唑配体发生羟基化反应,生成中间体2-羟基苯并噻唑,并脱落三氟乙酸负离子。2-羟基苯并噻唑异构化得到产物2a,CuCl2进入下一个催化循环。

文信息

Copper-Catalyzed Stepwise Aerobic Oxidation/N-Arylation from Benzothiazole

Li Chen, Xuezhen Li, Keliang Xu, Qi Xu, Yan Liu, Prof. Ping Liu

论文第一作者石河子大学在读硕士生陈丽,通讯作者为许琪副教授、刘岩教授和刘平教授。


European Journal of Organic Chemistry 

DOI: 10.1002/ejoc.202301108

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