第一作者：方澤國(guó) 

通訊作者：李棟

通訊單位：湖北工業(yè)大學(xué)

論文DOI：10.1021/acs.orglett.5c02568

湖北工業(yè)大學(xué)李棟教授團(tuán)隊(duì)在Organic Letters上報(bào)道了一種利用高價(jià)碘(III)試劑（PIFA） 促進(jìn)的咪唑與烯烴的自由基環(huán)化反應(yīng)新策略。該方法在無過渡金屬條件下，使用易得的三甲基硅基疊氮(TMSN?) 作為疊氮源，通過簡(jiǎn)單調(diào)整反應(yīng)條件（溶劑和溫度），即可高選擇性地實(shí)現(xiàn)發(fā)散性合成：在溫和的室溫二氯甲烷條件下快速（1小時(shí)）得到疊氮基取代的環(huán)稠合三環(huán)咪唑；或在以水作溶劑，80℃條件下反應(yīng)12小時(shí)通過消除反應(yīng)得到環(huán)外烯烴化合物。該策略具有底物適用范圍廣、官能團(tuán)耐受性好、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，并成功進(jìn)行了克級(jí)規(guī)模應(yīng)用和疊氮基團(tuán)的后續(xù)轉(zhuǎn)化。

有機(jī)疊氮化物是制藥、化學(xué)生物學(xué)和材料科學(xué)中的重要中間體，可通過 Curtius 重排、Staudinger 還原和“點(diǎn)擊”反應(yīng)等轉(zhuǎn)化，方便地合成多種含氮分子，因此高效引入疊氮基團(tuán)的方法備受關(guān)注。

環(huán)稠合三環(huán)咪唑，尤其是帶五元、六元或七元稠合環(huán)的苯并咪唑骨架，在藥物、天然產(chǎn)物和生物活性分子中廣泛存在。傳統(tǒng)構(gòu)建方法多依賴過渡金屬催化的 C–H 活化，條件苛刻。近年來，自由基環(huán)化因溫和高效而成為有前景的替代方案，但在自由基前體類型及分歧環(huán)化選擇性控制方面仍有挑戰(zhàn)。

本研究提出了一種基于有機(jī)疊氮化物的自由基環(huán)化新策略，不僅拓展了自由基前體的適用范圍，還實(shí)現(xiàn)了條件可控的分歧環(huán)化，能夠高效構(gòu)建結(jié)構(gòu)多樣的稠合三環(huán)咪唑，為含氮雜環(huán)分子的合成提供了簡(jiǎn)便而通用的方法。

首先，作者以1-(戊-4-烯-1-基)-1H-苯并咪唑 (1a) 為模板反應(yīng)底物，TMSN?為疊氮源進(jìn)行了反應(yīng)條件的篩選（Table1）。當(dāng)以PIFA為氧化劑，在二氯甲烷 (DCM) 為溶劑、室溫下反應(yīng)1小時(shí)，成功獲得疊氮基取代的六元環(huán)稠合三環(huán)產(chǎn)物 2a。然后經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化（氧化劑種類/當(dāng)量、溶劑、溫度、TMSN?當(dāng)量、反應(yīng)時(shí)間），最終確定了合成 2a 的最佳條件：2.0當(dāng)量PIFA，3.0當(dāng)量TMSN?，DCM，室溫下反應(yīng)1小時(shí)，以高達(dá)86%的產(chǎn)率獲得了相應(yīng)的疊氮基取代的環(huán)稠合三環(huán)咪唑 (2a) (Table 1 ,entry 19 )。然后作者意外發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)溫度升高時(shí)，會(huì)伴隨產(chǎn)生環(huán)外烯烴產(chǎn)物 3a。考慮到環(huán)外烯烴也是一類非常有趣的化合物，作者也篩選了其最佳條件。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，通過將溶劑改為水(H?O)，溫度升至80°C，反應(yīng)12小時(shí)，成功優(yōu)化出較高選擇性合成 3a 的條件（1.2當(dāng)量PIFA，2.4當(dāng)量TMSN?）。

在獲得最優(yōu)條件后，作者系統(tǒng)考察了這一高價(jià)碘(III)促進(jìn)、TMSN3參與的疊氮化/環(huán)化策略的適用性。結(jié)果顯示：無論苯并咪唑環(huán)上帶吸電子基還是供電子基，甚至在空間位阻較大的位置引入取代基，反應(yīng)都能順利進(jìn)行并高產(chǎn)生成目標(biāo)產(chǎn)物。更值得一提的是，該方法對(duì)雙取代底物、不同鏈長(zhǎng)的末端烯烴，以及咪唑、吲哚等雜環(huán)底物都表現(xiàn)出良好兼容性，甚至可構(gòu)建五元、六元、七元等不同環(huán)型的稠合雜環(huán)結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了方法的廣泛適用性和結(jié)構(gòu)多樣化優(yōu)勢(shì)（圖2）。

作者還嘗試將該方法應(yīng)用于另一類有趣的底物——環(huán)外烯烴。結(jié)果表明，這類底物雖然也能順利發(fā)生反應(yīng)，但兼容性相對(duì)較窄，產(chǎn)率略低，主要是因?yàn)榉磻?yīng)生成的環(huán)化疊氮產(chǎn)物與環(huán)外烯烴組分混合，難以分離純凈。帶有 -CF3、-Cl 或 -Br 等取代基的苯并咪唑可成功轉(zhuǎn)化并分離，產(chǎn)率在 50–61% 之間（圖3）。

為了驗(yàn)證方法的實(shí)用性，作者將代表性產(chǎn)物 2a 進(jìn)行了克級(jí)規(guī)模合成，仍能保持較高收率。更重要的是，2a 上的疊氮基團(tuán)可以靈活轉(zhuǎn)化：既能還原成氨基，也能通過 Staudinger 反應(yīng)得到磷亞胺，還能與炔烴進(jìn)行“點(diǎn)擊”反應(yīng)生成三唑，展現(xiàn)了優(yōu)異的后續(xù)改造潛力（圖4）。

最后，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道，作者提出了一個(gè)可能的反應(yīng)機(jī)理：反應(yīng)由 PIFA 與 TMSN?生成疊氮自由基開始，自由基優(yōu)先加到烯烴上，隨后發(fā)生分子內(nèi)環(huán)化形成關(guān)鍵中間體，并經(jīng)過氧化和氫轉(zhuǎn)移得到目標(biāo)產(chǎn)物 2a。在加熱條件下，2a 還能進(jìn)一步消除生成另一類產(chǎn)物3a（圖6）。