热辣滚烫!探索有机高价碘的应用新趋势!

2024-03-13 20:14:11, 乐研 上海皓鸿生物医药科技有限公司


前言:春节档电影票房冠军《热辣滚烫》火爆上映中,贾玲为了电影狂瘦100斤,科研人员为了探索有机高价碘掉了不少头发。

1886年,德国化学家Willgerodt制备得到了第一个有机高价碘试剂二氯亚碘酰苯(PhICl2)。有机高价碘试剂首次被人们知晓。

    20世纪80年代初,五价碘试剂Dess-Martin 试剂(Dess-Martin periodinane,DMP)的发现及其在醇氧化反应中的优异表现,使得合成化学家们重新重视有机高价碘试剂,有机高价碘化学进入了蓬勃发展时期。有机高价碘试剂作为绿色、高效、多功能化的氧化剂,在有机合成、材料化学及工业合成中应用广泛。高价碘化学之所以快速发展,主要是由其独特的特点决定:

1) 高价碘试剂蕴含着丰富多彩的化学反应性,在许多天然产物的全合成、药物中间体以及新型功能材料的合成中发挥着关键性的作用;

2) 高价碘试剂对环境友好,三价碘试剂具有与Hg(II)、Tl(III)、Pb(IV)等重金属氧化剂相似的化学性质和反应性,但是却没有这些重金属试剂所带来的毒性及环境污染的问题,符合绿色化学的理念;

3) 高价碘试剂易于设计成可回收型试剂,通过在苯环上引入一些特定的官能团或将有机高价碘试剂负载于高分子聚合物上,反应完成后,这类高价碘试剂的还原态化合物经过简单的后处理就可以实现回收,进而氧化再生为高价碘试剂;

4) 高价碘试剂容易获得,其中一些常用的高价碘试剂如IBX、PIDA、PhIO、DMP等已经实现商品化。

近年来,有机高价碘试剂作为温和、环保、廉价的氧化剂、亲电试剂、亲核试剂,得到了科研人员的青睐,并在有机合成中呈现出丰富多彩的新应用。

2.1 三氟甲基化烯烃的合成:高价碘遇到高价铜

Jerome Waser团队利用多种取代的VBX试剂的选择性三氟甲基化合成CF3取代的烯烃。在热或光介导的引发下与高价铜的三氟甲基化试剂反应,获得三氟甲基化烯烃并完美保留双键构型(图1)[1]。

图1 三氟甲基化烯烃的合成

2.2 芳烃的碳碘化:作为亲核有机非金属的有机碘 (III) 化合物

近期,Naohiko Yoshikai团队报导了有机碘(III)化合物配备有多种可转移配体并由束缚的旁观配体支持,可在芳炔的亲电C-C三键上进行加成,同时保留碘中心的三价。这种碳碘化反应可以在温和条件下形成各种芳基-炔基、芳基-烯基和芳基-(杂)芳基键,同时形成芳基-碘(III)键。新形成的芳基-碘(III)键可转化成更关键的下游化合物,特别是作为亲电反应位点(图2)[2]。

图2 芳烃的碳碘化

2.3 高价碘(III)试剂作为氧化剂和亲核源介导的酮/环醚的α-酰氧基化

Hongbin Zhai团队利用具有氧化和亲核源双重作用的高价碘(III)试剂有效介导酮的无催化剂α-酰氧基化和KBr介导的环醚α-酰氧基化,合成酯类化合物,且产率较高。该方法具有官能团兼容性好、底物范围广、合成效率高、环境友好等特点(图3)[3]。

图3 酮/环醚的α-酰氧基化

2.4 一种新型单氟碘(III)试剂介导的未活化环丙烷的扩环氟化

南开大学张弛课题组设计并合成了基于N-乙酰基环碘酰亚胺骨架的新型有机单氟三价碘试剂AFBI(2-acetyl-1-fluoro-1,2-dihydro-3H-1λ3-benzo[d][1,2]iodazol-3-one(图4)[4],分子内I…O次级键的存在提高了试剂的稳定性,AFBI对空气、水分不敏感,可在环境温度下储存6个月而不会发生分解。AFBI不仅可以高区域选择性地活化环丙烷的碳-碳键,而且还可以实现环丙烷的扩环氟化反应,从而实现了一步从小环到氟化大环的扩环反应。此外,AFBI还可实现1,3-二羰基化合物、不饱和羧酸、芳香重氮盐、重氮化合物等的氟化反应(图5)[5]。

图4 AFBI介导的扩环氟化反应制备4-氟哌啶

图5 AFBI促进的单氟化反应

2.5 简单而通用的硝基酰化:非环状高价碘硝基酰化试剂

Qing-Hai Deng团队使用碘苯二乙酸酯和HNO3合成一种稳定且高反应性的非环状高价碘硝基氧基化试剂。该试剂促进了锌催化的环丙基甲硅烷基醚的区域选择性硝基酰化反应,适用范围广,也可用于各种可烯醇化的C-H键的硝基酰化反应(图6)[6]。

图6 非环状高价碘硝基酰化试剂的合成

2.6 环烷基酰胺的选择性C(sp3)-C(sp3)裂解/炔基化合成氨基炔

Yiyun Chen团队报导了环烷基酰胺在温和的光氧化还原催化条件下,使用高价碘(III)试剂,选择性 C(sp3)-C(sp3)裂解/炔基化,合成了具有多功能炔烃和胺取代基的γ-和δ-氨基炔烃(图7)[7]。

图7 环烷基酰胺的选择性C(sp3)-C(sp3)裂解/炔基化合成氨基炔

近年来,高价碘试剂在有机合成中的应用越来越多样化,可用于制备多种合成中间体,如胺、羰基、醇、炔、缩醛类和有机氟化合物等。其中一些方法已被用于构建具有生物活性的杂环和螺环支架。此外,高价碘试剂在高立体选择性的不对称合成中也有重要的应用。未来,作为绿色、高效、多功能化的高价碘化合物在有机合成中的需求日益增加[8]。

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参考文献

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1.T.M.Milzarek,J.Waser,Angew.Chem.Int.Ed.2023,62,e202306128.

2.Naohiko Yoshikai,J.Am.Chem.Soc.2024,146,6,3910–3919.

3.Hongbin Zhai,J.Org.Chem.2024,89,3,2055–2063.

4.C.Zhang,Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,24171.

5.C.Zhang,J.Org.Chem.2022,87,3885–3894.

6.Qing-Hai Deng,Angew.Chem.Int.Ed.2023,62,e202302521.

7.Yiyun Chen,ACS Catal.2021,11,16,10565–10573.

8.Thomas Wirth,Chem.Soc.Rev,2022,51,8102-8139.

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