通过三组分反应选择性合成功能化色烯[4,3-b]氮杂环丁烯和螺[苯并呋喃-3,2'-吡咯]

《Tetrahedron》：Selective Synthsis of Functionalized Chromeno[4,3- b]azetes and Spiro[benzofuran-3,2'-pyrroles] via Three-component Reaction

　　

摘要

烷基异腈、二烷基丁-2-炔二酸酯与邻苯甲酰N-对甲苯磺酰亚胺的三组分反应展现了非常有趣的分子多样性。在氯甲烷中室温条件下，含有供电子基团的邻苯甲酰N-对甲苯磺酰亚胺的三组分反应以良好产率和高非对映选择性生成了功能化色烯并[4,3-b]亚四嗪。然而，含有吸电子基团的邻苯甲酰N-对甲苯磺酰亚胺的三组分反应则以中等产率生成了非对映异构螺[苯并呋喃-3,2'-吡咯]衍生物的混合物，其dr = 1:1 至 1:2 的比例。通过对所分离中间体与多环产物若干单晶结构的证据和测定，建立了独特多环色烯并[4,3-b]亚四嗪与螺[苯并呋喃-3,2'-吡咯]形成的一种合理反应机理。

引言

异腈是具有独特功能化特征且反应活性高的化合物，^[1], ^[2]这使其成为合成多样化含氮杂环的多功能合成子。^[3], ^[4] 由于它们与多样化的亲电试剂和亲核试剂具有高度相容性，异腈基多组分反应在过去几年中以各种方式得以发展。^[5], ^[6] Passerine 反应、Ugi 反应、Orru 反应和 Van Leusen 反应等基于异腈的多组分反应已成为高效构建各种含氮化合物众所周知的反应。^[7], ^[8], ^[9] 多组分反应是一种绿色、环境友好的合成方法，不仅节省了反应步骤和分离步骤，还减少了溶剂使用并提高了反应效率。此外，它还能增加分子多样性并形成组合化学文库。^[10] 近年来，多组分反应已成为合成结构多样化分子的强有力且高效的工具。因此，设计和开发新型多组分反应一直是合成化学中的一个热门课题。^[11] 在这方面，以异腈、缺电子炔烃以及其他亲电试剂进行的多组分反应也已成功开发，用于合成各种碳环和杂环化合物。^[12] 在这些反应中，异腈首先加成到缺电子炔烃上生成一个 Huisgen 1,4-偶极体，随后该偶极体被各种试剂捕获，从而给出多样化的链状或环状化合物。^[13] 近年来，我们成功开发了几种异腈、二烷基丁-2-炔二酸酯与各种活化环状烯烃之间的多组分反应。这些反应成功地提供了合成多样化多环化合物的高效方法。^[14] 例如，烷基异腈、二烷基丁-2-炔二酸酯与 3-亚甲基色满酮在回流甲苯中进行的三组分反应以令人满意的产率生成功能化螺[环戊烷-1,3'-吲哚啉]（方案 1 中反应式 1）。^[14a] 此外，烷基异腈、二烷基丁-2-炔二酸酯与 3-(邻-羟基苯基)亚甲基吲哚啉-2-酮在四氢呋喃中进行的三组分反应以良好产率和高非对映选择性生成功能化螺[环丁并[c]色烯-1,3'-吲哚啉]（方案 1 中反应式 2）。^[14c] 含有 2-芳亚甲基-1,3-茚酮的类似三组分反应在回流乙醇中进行，发生了一种不寻常的 1,3-茚酮骨架扩环反应，从而生成功能化环戊并[b]萘衍生物（方案 1 中反应式 3）。^[14g] 最后，烷基异腈、二烷基丁-2-炔二酸酯与 3-(邻-羟基苯乙酰亚甲基)色满酮的三组分反应以良好产率和高非对映选择性生成了特殊的螺[苯并呋喃-3,2'-呋喃]（方案 1 中反应式 4）。^[14h]

另一方面，易于获得的起始原料邻苯甲酰N-对甲苯磺酰亚胺已被确认为合成各种含O,N杂环化合物的有用试剂，因为邻苯甲酰N-对甲苯磺酰亚胺可容易地由取代的邻羟基苯甲醛与对甲苯磺酰胺缩合反应制备。^[15] 邻苯甲酰N-对甲苯磺酰亚胺不仅可与各种双烯体经历多米诺氧-Michael-Michael 反应生成各种色满，^[16], ^[17] 而且还可经历 Aza-Baylis–Hillman 反应及其他转化，生成多样化的含O,N杂环化合物。^[18], ^[19] 在我们致力于开发以异腈和缺电子炔烃进行的多组分反应以构建多样化环状化合物目标的延续下，^[20] 我们现报告烷基异腈、二烷基丁-2-炔二酸酯与邻苯甲酰N-对甲苯磺酰亚胺的三组分反应，以选择性合成功能化色烯并[4,3-b]亚四嗪和螺[苯并呋喃-3,2'-吡咯]（方案 1 中反应式 5）。

章节摘要

结果与讨论

首先，采用环己基异腈 1a、二甲基丁-2-炔二酸酯 2a 与邻苯甲酰N-对甲苯磺酰亚胺 3a 作为标准反应对反应条件进行了优化。^[18] 主要结果简要列于表 1。在氯甲烷和四氢呋喃中于室温下进行的三组分反应以极低的产率生成了稠环色烯并[4,3-b]亚四嗪 4a（表 1 中条目 1-2）。文献调研清楚地表明，尚无任何关于此类稠环骨架的报道

结论

总之，我们研究了烷基异腈、二烷基丁-2-炔二酸酯与邻苯甲酰N-对甲苯磺酰亚胺的三组分反应。含有供电子基团的邻苯甲酰N-对甲苯磺酰亚胺在氯甲烷中于室温下进行的三组分反应以良好产率和高非对映选择性生成功能化色烯并[4,3-b]亚四嗪。然而，含有吸电子基团的邻苯甲酰N-对甲苯磺酰亚胺的三组分反应生成了非对映异构

实验部分

• 1.
  烷基异腈、二烷基丁-2-炔二酸酯与邻苯甲酰N-对甲苯磺酰亚胺三组分反应的通用方法：将烷基异腈（0.2 mmol，1.0 当量）、二烷基丁-2-炔二酸酯（0.4 mmol，2.0 当量）与邻苯甲酰N-对甲苯磺酰亚胺（0.2 mmol，1.0 当量）的混合物于二氯甲烷（5 mL）中在室温下搅拌 15 小时。减压旋转蒸发除去溶剂后，残留物以乙酸乙酯和石油醚进行硅胶柱色谱分离

CRediT 作者贡献声明

刘冬梅（Dong-Mei Liu）：调查，数据管理。黄丽（Li Huang）：调查，数据管理。孙静（Jing Sun）：软件，形式化分析。阎超国（Chao-Guo Yan）：撰写——审阅与编辑，监督

利益冲突声明

我们声明，本文所提交内容不存在需要声明的利益冲突。

数据可获得性

所使用的数据属于机密信息。

竞争利益声明

在此，我们拟将题为通过三组分反应选择性合成功能化色烯并[4,3-b]亚四嗪与螺[苯并呋喃-3,2'-吡咯]的新手稿提交至《四面体化学》（Tetrahedron）。

我们特此声明，本文所有作者在本论文中均无利益冲突。

致谢

本工作获得国家自然科学基金（编号 21871227）的资助。

刘冬梅 | 黄丽 | 孙静 | 阎超国

江海职业技术学院 土木工程系，江苏 扬州 225001