铁(III)催化可见光诱导串联反应高效合成顺式桥联聚杂环并咔唑类化合物及其立体控制研究

《Journal of Molecular Structure》：Synthesis cis-bridged polyheterocycles via Iron(Ⅲ)-catalyzed and visible light-induced cascade reaction of 2-(3-methylbenzothiophen-2-yl)-3-phenyl-1 H-indoles

本研究开发了一种新颖的铁(III)催化可见光诱导串联反应策略，通过6π-电环化/(1,5)-H迁移/光诱导C-H氧化/半缩酮醚化级联过程，一步高效构建具有药用价值的顺式桥联苯并噻吩咔唑骨架（cis-13a-methoxy-8b-methyl-8b,13a-dihydro-14H-benzo[c]benzo[4,5]thieno[2,3-a]carbazoles）。该反应原子利用率高、以水为副产物，为绿色合成含氮桥环化合物提供了新范式。

　　

Highlight

Materials and methods

所有化学试剂均直接购买使用，具体结构与化学表征数据详见支持信息（SI）。

General procedure for the preparation of 2

将化合物1（0.2 mmol）、10% FeCl₃和CF₃SO₃H（4当量，0.8 mmol）溶于甲醇（40 mL）置于100 mL密封石英管中，在空气氛围下用420 nm可见光（77 W）室温照射至薄层色谱（TLC）显示反应完全。移除溶剂后通过硅胶柱色谱纯化得到目标产物2。

Optimization of the reaction conditions

以模型底物1a进行条件优化。初步实验显示：在甲醇中使用313 nm紫外灯照射、1当量H₂SO₄条件下反应5小时，顺式产物2a收率为52%。后续研究表明，将酸替换为CF₃SO₃H（4当量）并添加10% FeCl₃作为协同催化剂，同时将光源改为420 nm LED灯，反应时间缩短至3小时，收率显著提升至89%。对照实验证实FeCl₃与CF₃SO₃H的协同催化效应至关重要，且氧气作为绿色氧化剂参与光诱导C-H氧化过程。

Conclusions

本研究成功开发了一种通过可见光诱导级联反应高效合成新型顺式-13a-甲氧基-8b-甲基-8b,13a-二氢-14H-苯并[c]苯并[4,5]噻吩并[2,3-a]咔唑2的方法。在420 nm可见光、FeCl₃/CF₃SO₃H催化体系下，通过一步反应实现顺式桥联咔唑的构建，并通过NOE谱、二维谱与单晶X射线衍射确证其立体结构。该策略具有原子经济性高、反应条件温和、立体控制精准等特点，为药用桥环分子的绿色合成提供了新思路。