《RSC Advances》：Hypervalent iodine reagents in organic synthesis: a review of methodology developments and synthetic applicationsOpen Access
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高价碘(III/V)分子（hypervalent iodine(III/V) molecules）作为环境友好的催化剂和试剂，已广泛用于现代有机化学。高价碘试剂被应用于多种有机转化，如环化反应（cyclization）和C–H官能团化反应（C–H functi
高价碘(III/V)分子（hypervalent iodine(III/V) molecules）作为环境友好的催化剂和试剂，已广泛用于现代有机化学。高价碘试剂被应用于多种有机转化，如环化反应（cyclization）和C–H官能团化反应（C–H functionalization），从而成为合成多样化有机分子的重要来源。本综述涵盖了自2021年以来高价碘试剂作为重要介体在诸多氧化官能团化反应（oxidative-functionalization reactions）中的最新研究进展。研究人员还详细阐述了高价碘试剂在催化这些反应中的拟议机理细节，以及支配这些反应的反应性与选择性的基本规则。此外，本综述还讨论了碘介导反应在合成复杂生物活性分子中的合成与实际应用。
1 引言
在有机合成中，催化剂是加速和改善反应过程所必需的。由于合成成本的增加和环境污染问题，从合成和经济角度来看，使用简单、成本低廉、绿色、环境友好且可持续的催化剂已变得不可或缺。高价碘(III/V)试剂因其可持续性、成本效益和良性特性而成为优异的催化剂和试剂。与过渡金属和有机金属化合物相比，碘试剂的无毒性和商业可得性使其成为有机合成中的关键化合物。因此，高价碘和分子碘作为催化剂已被使用多年，从而促进了无金属催化剂有机合成的发展。
氧化态为+1的碘形成一价化合物，由于其尺寸大且极化率高，可形成稳定的多价化合物。由具有多个化合价的碘形成的化合物被称为高价碘化合物。由于高价化合物由属于15–18族的元素组成，其价壳层电子不遵守路易斯八隅体规则。高价碘试剂由带有+3或+5氧化态的碘合成（+7态也存在于少数纯无机化合物中）。在IUPAC命名中，碘(III)试剂被称为λ3-碘烷（λ3-iodanes），碘(V)试剂被称为λ?-碘烷（λ?-iodanes）（其中λ代表非标准键合）。芳基碘化物（芳基λ3-碘烷/芳基λ?-碘烷）具有极化的三中心四电子（3c–4e）键，称为高价碘键。
每年都有许多综述文章和大量合成方法发表。由于高价碘试剂的广泛应用，它们已成为研究热点。以前，高价碘试剂主要因其氧化性质而被认识，然而，它们的重要性不仅在于氧化反应，还在于其优异的亲电性以及形成C–C、N–X（X = N、O和S）、C–X和S–N等键的能力。它们已被显著地用于完成各种有机转化以及环氧化反应，特别是在有机合成中用于氰基苯乙烯与氰基环氧化物的环氧化反应。通过碘基试剂也可实现有机分子中氧或氮官能团的引入。通过使用高价碘试剂，可进行芳香族化合物的分子间氧化偶联反应，涉及杂芳族偶联、芳族偶联以及杂芳环和芳环的交联偶联。此外，高价碘试剂还催化分子内氧化偶联反应，其中稠环、螺环结构和C(sp2)–N键的形成也备受关注。许多合成和显著的转化，如不对称转化、环化反应、自由基环化反应、对映选择性C–H官能团化反应、原子转移、羰基化合物的α-官能团化、配体转移反应、区域选择性环加成反应、重排反应、卤化反应和光催化反应，均已通过高价碘试剂成功完成。
几类高价碘试剂（λ3和λ?）及其合成应用已被研究。存在一个λ3-高价碘试剂库，可有效用于有机产物的合成，其中包括碘氧苯、亚碘酰苯和芳基碘(III)羧酸盐，如双(三氟乙酰氧基)碘苯（PIFA）、(二乙酰氧基碘)苯（PIDA）、双(间氯苯甲酰氧基)碘苯、亚碘酰苯（PhIO）、二甲氨基碘、N-氯氟碘烷(III)试剂和乙酰氧基苯并碘氧戊环。由于其氧化特性，它们被用于完成氧化官能团化反应。此外，μ-(氧化)双[苯基(三氟乙酰氧基)碘]和芳基碘(III)有机磺酸盐可作为强亲电试剂。对于卤素源，使用(二氯碘)苯、(二氟碘)苯和4,4′-双-(二氯碘)联苯，而对于三氟甲基化反应，Togni试剂已被认可。[羟基(甲苯磺酰氧基)碘]苯（Koser试剂）是另一种重要的λ3-高价碘试剂，在有机合成中作为中等选择性的氧化剂被广泛使用，主要用于羰基分子的α-氧化、酚的去芳构化、环状化合物的收缩和扩大、许多烯烃的二氧基甲苯磺酰化、芳基碘鎓盐的形成以及许多其他转化。此外，还有一系列λ?-高价碘试剂，其中包含2-碘氧基苯甲酸（IBX）（用于合成杂环，包括酮、肟、亚胺和许多其他芳香杂环）、Dess–Martin高碘烷（DMP）（用于氧化反应）、碘氧苯（PhIO?）等，这突显了这些试剂的依赖试剂反应性和选择性，说明了它们在特定有机转化中的用途。
高价碘试剂在天然产物和生物有机化合物的合成中已获得重要地位，例如灵芝萜烯类化合物ganoapplanin、(+)-伏格列波糖、石松碱类似物、隐藻素、dactyloquinone A、spiroetherone A、(+)-甘露内酯C、艾日布林、大环内酰胺、五种石松生物碱、brassicicenes C、F、H、J和K，以及makaluvamine J。最近，这些试剂已被用于合成许多有机分子，如砜、不对称1,2-二芳基二酮和2-氨基-5-酰基噻唑/硒唑。高价有机多碘化物可有效用于染料敏化太阳能电池、偏振膜、消毒剂和低密度石墨膜。高价碘试剂在工业中的应用正在发展中。
在过去几年中，文献已被广泛综述以强调通过高价碘试剂合成有机化合物的新方案。2018年，Ghosh等人描述了使用手性高价碘试剂进行不对称转化。此外，2019年，Budhwan及其同事综述了通过高价碘试剂对一系列杂环进行后期官能团化。最近，在2024年，Yoshimura及其同事综述了高价碘试剂在有机产物合成中的合成应用。迄今为止，使用许多新型高价碘试剂，已研究了许多用于合成有机和天然分子的方案。这篇综述文章通过根据形成的键类型对报道的方法进行分类，系统地总结了高价碘试剂在构建各种生物活性合成骨架中的应用。该手稿讨论了C–C、C–O、C–N、C–S、N–S和C–卤素键的形成方法，随后讨论了多种成键反应，如C–杂原子、C–O/N–O、C–C/C–杂原子和N–I/C–O键的形成。本综述涵盖了2021–2026年间报道的所有使用新型高价碘试剂并附带机理细节的创新方法，以提供大量有机分子。
2 文献综述
2.1 C–C键的形成
C–C键形成反应是构建和多样化重要分子实体的关键方法。多种高价碘试剂因其促进碳转移、官能团化和氧化偶联反应的潜力而被大量用于这些转化。三氟甲基（CF?）基团是农业化学和药物化学中的有价值部分，在高价碘试剂中，Togni试剂被有效用作引入有机分子的CF?试剂。2023年，Zhao等人开创了铁(II)和Togni试剂介导的吲哚连接烯烃的三氟甲基化反应，以提供含CF?的螺[吲哚-3,3′-吡咯烷]衍生物和多样取代的四氢咔唑。2025年，Han等人开创了通过腙中间体与PIDA进行的羰基化合物一步三氟甲基化自偶联反应，以构建三氟甲基化偶联产物中的三个C–C键。2025年，Wang等人报道了在Ag/Au催化和高价碘(III)试剂介导下，三唑并哒嗪的区域选择性C(3)–H官能团化，以合成3-炔基化三唑并哒嗪。2025年，Solomin等人报道了铁催化、压电材料和球磨介导的丙烯酰胺自由基二氟甲基化反应，以提供含CF?的羟吲哚。2025年，Pang等人报道了PIDA介导的未活化烯烃连接的苯并咪唑的无碱、无金属、无光催化剂二氟-/芳基二氟甲基化反应。2025年，Tang等人证明了光催化、立体和区域选择性的烯基三氟甲基化反应。2025年，Zhang等人报道了钒催化的1,7-烯炔和烯烃与Togni-II试剂的三氟甲基化-(双)环化反应。2025年，Lv等人展示了光催化苯甲醛与Togni-II试剂的区域选择性一步环化反应。2025年，Rupanawar等人提出了PIDA介导的苄胺无碱氧化烯烃化反应。2025年，Lee等人报道了使用Z-乙烯基苯并碘氧戊环高价试剂合成1,3-双官能团化的双环[1.1.1]戊烷。2026年，Das等人使用吲哚衍生的苯并碘氧戊环试剂合成了三吲哚基甲烷生物碱。
2.2 C–O键的形成
C–O键的形成是实现具有生物重要性的芳基醚和其他含氧部分不可或缺的转化，这些部分也是重要药物和天然产物的一部分。IBX是一种重要的、广泛可及的高价碘试剂，具有优异的氧化性能。2021年，Kumar等人展示了IBX-(±)-CSA催化的1°和2°醇的高效氧化反应。2022年，Li等人展示了基于IBX-DMSO的无金属氧化芳构化反应。2025年，He等人展示了环状高价碘(III)试剂介导的芳基和N-杂芳基C–H键选择性氧化反应。2025年，Tamuly等人合成了基于邻碘苯甲酸的多孔有机聚合物预催化剂，并用于氧化转化反应。2025年，Kittikool等人展示了PIDA催化的多样取代吡唑啉酮的选择性乙酰氧基化反应。
2.3 C–N键的形成
C–N偶联反应是从C–H/N–H键官能团化获得具有药用价值的胺化化合物的通用方法。2022年，Morimoto等人使用环状1-乙酰氧基-5-氟-1,2-苯并碘氧戊环-3(1H)-酮进行了苯酚和苯胺与吩噻嗪/吩噁嗪的无金属氧化交叉脱氢C–N偶联反应。2023年，Corrieri等人设想了PIFA介导的无金属、高效和化学选择性的α-芳基腙氧化C–H胺化反应。2025年，Popescu等人设计了PIDA介导的酰胺-脲前体无金属氧化环化反应。2025年，Zhang等人开创了高价碘试剂催化的区域选择性C–H硝化反应。2025年，Gelato等人提出了PIDA催化的高取代烯烃与氨水合成NH-氮丙啶的方法。2025年，Wang等人报道了高价碘试剂催化的(杂)芳烃无金属光催化C–H官能团化。2025年，Kabadwal等人进行了DIB催化的伯胺与全氟烷酸的无金属氟烷基化反应。2026年，Xiao等人设计了DMI-PPh?体系催化的乙醛酸无金属二甲胺化反应。2026年，Nandi等人使用尿嘧啶-苯并碘氧戊环试剂合成了多种噁唑烷酮-尿嘧啶衍生物。
2.4 C–X（X = 卤素）键的形成
2026年，Liu等人设想了PhIO催化的高取代烯丙基叠氮化物的非对映选择性迁移1,3-二氟化反应。2026年，Chen等人展示了使用模块化和稳定性好的N-氯氟碘烷(III)试剂进行重氮化合物的化学选择性偕氯氟化反应。
2.5 C–S键的形成
高价碘试剂在构建C–S键方面展示了相当大的应用。2025年，Malashchenko等人报道了Koser型高价碘试剂催化的无金属区域和化学选择性C–H官能团化，以合成O-烷基-S-(吲哚-3-基)黄原酸酯。
2.6 N–S键的形成
2021年，Panigrahi等人报道了PIFA介导的吡唑啉酮与Langlois试剂的N-三氟甲基磺酰化反应。
2.7 S–O键的形成
2026年，Chen等人成功报道了PIDA/H?O催化的亚磺酰胺绿色无金属氧化反应。
2.8 其他键的形成
2.8.1 C–X（X = 杂原子）键的形成
2021年，Pal等人展示了PIDA催化的二酮、硫醇和胺的无金属一步氧化偶联反应。2023年，Li等人展示了PIFA催化的α-酰基-β-氨基丙烯酰胺的化学选择性氧化环化和Hofmann型重排反应。2022年，Liu等人报道了PIFA催化的苯并[d]咪唑并[5,1-b]噻唑的C–H硫族化反应。2023年，He等人设想了PhIO催化的邻烯基苯甲酰胺衍生物的化学发散环异构化反应。2023年，Sodoor等人提出了[羟基(甲苯磺酰氧基)碘]-4-氯苯催化的无金属溴化环化反应。2023年，Yang等人设想了DMP介导的一步无金属氧化C–N偶联反应。2024年，Zhang等人展示了PIFA催化的2-炔基苯胺的无金属碲化反应和氧化分子内环化反应。2024年，Kumar等人报道了PIDA催化的串联氨基自由基环化和胺氧化反应。2024年，Gharpure等人开创了PIDA催化的无金属分子内酮肟化反应。2025年，Wasaki等人设想了高价碘(III)试剂介导的2-取代吲哚的无金属1,3-碘酯化反应。2025年，Yang等人设想了PIDA介导的萘酚-苯胺氧化环化反应。2025年，Chauhan等人设想了PIFA催化的糖类假异头位无金属C–H硒化和硫醇化反应。
2.8.2 C–C和C–X（X = 杂原子）键的形成
2021年，Wang等人开发了铜和Togni试剂介导的立体选择性四组分反应。2021年，Khan等人展示了Koser试剂介导的环状亚甲基杂环无金属扩环反应。2022年，Yang等人报道了高价碘试剂催化的炔基环丙烷立体选择性二氟化扩环反应。2023年，Matsumoto等人展示了PIDA催化的γ-内酯无金属立体选择性合成。2023年，Budhwan等人报道了基于Koser试剂的异噁唑啉衍生物合成。2024年，Wang等人进行了PIDA介导的吲哚-3-甲醛与3-氨基环己-2-烯酮的[3+3]环化反应。2025年，Meng等人展示了高价碘(III)催化的卤化加成和环收缩重排反应。2025年，An等人进行了PIFA催化的萘酚/苯酚分子内氧化去芳构化反应。2025年，Fang等人报道了PIFA介导的咪唑与烯烃的环化反应。2025年，Shakeena等人展示了4,5-二氟-2-碘苯甲酸介导的芳基异硫氰酸酯级联C–H官能团化反应。2025年，Yan等人展示了PIFA参与的邻苯二酚氧化开环反应。
2.8.3 N–O和C–O键的形成
2025年，Chonradeenitchakul等人开创了间氯过氧苯甲酸、碘化锂和PIFA催化的2-炔基苯胺一锅两步氧化环化反应。
2.8.4 N–I和C–N键的形成
2025年，Negr?o等人展示了铜介导的高取代有机锌化合物的亲电胺化反应。
3 结论与未来展望
这篇综述文章总结了高价碘(III/V)试剂近期的合成应用。由于持续的发展，在2021–2026年期间，已概述了几种新的基于高价碘的方法，这些方法已用于合成C–C、C–N、C–O、C–S、C–卤素和许多其他键。由于其环境友好的特性、商业可得性以及在农化、材料和制药工业中的广泛用途，高价碘试剂在有机化学中得到有效使用。多项研究强调了高价碘试剂作为金属催化试剂替代品的广泛用途。最近，经典和许多新型试剂如PIFA、PIDA、双(间氯苯甲酰氧基)碘苯、PhIO、二甲氨基碘、N-氯氟碘烷(III)试剂、乙酰氧基苯并碘氧戊环、IBX、DMP和Koser试剂已被用于有机分子的合成。在使用高价碘试剂的重要成就中，C–C键的形成引发了有机合成中的自由基氧化偶联、烷基化和芳基化反应。这些试剂在构建C–N键中的广泛使用使得叠氮化、杂环形成和氧化胺化得以实现。此外，分子间和分子内C–N偶联反应有助于获得含氮生物活性产物，如抗癌药物和抗生素。同样，C–O键的形成促进了复杂含氧产物的完成。此外，高价碘试剂催化的几种新型合成方法以及对映选择性反应的探索为现代有机化学引入了新的有效途径。高价碘试剂在生物分子的后期官能团化中也发现了广泛的用途。然而，对于大多数基于高价碘试剂的转化，需要外部氧化剂，这降低了其原子经济性。由于这些试剂的强氧化和亲电性质，过氧化和副反应的可能性仍然存在。未来高价碘试剂化学的发展应减轻与可持续性、可扩展性、选择性和试剂稳定性相关的限制。可回收和催化碘试剂的进一步演变，及其与电化学、光化学和连续流技术的结合，提供了有前景的研究方向。此外，向后期官能团化、不对称合成和药物开发的进展可以进一步加强高价碘试剂的实用性。
