通过吲哚衍生的溴化物和炔烃（4 2）环形式的加成反应合成可见光 – 光催化咔唑外文翻译资料

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通过吲哚衍生的溴化物和炔烃（4 2）环形式的加成反应合成可见光 - 光催化咔唑

Zhi-Guang Yuan, Qiang Wang, Ang Zheng,a Kai Zhang, Liang-Qiu Lu, Zilong Tang and Wen-Jing Xiao

摘要：我们成功开发了一条前所未有的、通过可见光 - 光催化（4 2）环加成吲哚衍生的溴化物和炔烃以合成咔唑的途径。这种合成方式的特征是其所需的反应条件极其温和，且所需底物范围广泛、反应效率高。

咔唑是一类重要的含氮杂环，广泛存在于众多天然产物和治疗剂中；1此外，咔唑已广泛用于各种光电导或光电材料中（方案1a）。2所以，现在已经开发出许多有用的方法来合成咔唑并不奇怪。3-6其中一种常用的方法是，通过过渡金属催化的分子内偶联反应与苯胺衍生物形成中间吡咯（B环），以构建咔唑（方案1b）。4而且最近科学家们开发出一条替代途径：分子内环和分子间环加成反应，其中A / C环由易得的吲哚衍生物构成。5,6尽管取得了这些进步，但是，在温和条件下用易得的原料合成各种咔唑产品的更有效和简单的方案仍非常需要。

方案1 咔唑衍生物合成策略的意义

在过去几年中，由于其固有的绿色和可持续特性，可见光驱动的光氧化还原催化剂引起了合成化学家的兴趣。7该方案已成功应用于构建许多有价值的芳杂环系统。8例如，在2015年，Cho和同事们公开了在双光催化、钯催化及高温条件下，在苯胺衍生物的分子内发生的C-H胺化反应以良好的收率生成咔唑（方案2a）。9作为我们正在进行的可见光-光催化合成碳环和杂环的研究的一部分，我们在此报道了通过可见光驱动的光催化形式，（4 2）环加成合成咔唑的有效替代途径。高度官能化的咔唑可以从易获得的、吲哚衍生的溴化物和炔烃，于室温中，在3W蓝光LED照射下生产（方案2b）。

方案2 可见光 - 光催化咔唑合成

首先，在有光催化剂Ru(bpy)3Cl2·6H2O（2%mmol）和无机碱Na2HPO4（0.12mmol）的条件下，以吲哚衍生的溴化物1a（0.1mmol）和苯乙炔2a（0.1mmol）作为底物，在二甲基甲酰胺中反应（表1）。得到相应的产物3aa，收率为39％（表1，条目1）。将产物3aa在3W蓝色LED照射20小时。然后，在筛选出一系列光催化剂以提高产率的过程中，我们发现fac-Ir（ppy）3是最有效的催化剂。(表1，条目1-6)。紧接着，我们对溶剂的影响进行研究了，结果表明，二氯甲烷和乙腈产生同等优异的结果（表1，条目7-11）。为了进一步提高反应产率，在fac-Ir（ppy）3作为光催化剂和DCM作为溶剂的条件下，我们对不同的碱进行了研究（表1，条目12-14）。其中，最好的碱是碳酸钠，其以95％的收率制备所需产物3aa（表1，条目12-44）。最后，对照实验表明，可见光和光催化剂是不可缺少的反应元素；而且在没有碱的情况下，我们仅得到7％的产物3aa（表1，条目17）。

^a反应条件：1a（0.1mmol），2a（0.1mmol），光催化剂（2mol％），碱（0.12mmol），1.0mL溶剂，氩气，3W蓝色LED和室温；^b 单独产率； ^c没有光催化剂； ^d没有可见光照射； ^e没有碱。 THF =四氢呋喃、DMF = N、N-二甲基甲酰胺、DMSO =二甲基亚砜、DCM =二氯甲烷、和NR =没有反应。

表1 优化反应条件^a

在优化条件后，我们探讨了可用于该光催化（4 2）环加成反应的炔烃范围。首先，我们使用反应条件研究了各种芳基取代的乙炔。如表2中所强调的，改变苯环取代基的电子性质不会显着影响反应效率。除了甲氧基以外，具有富电子取代基（例如Me）和缺电子取代基（例如F，Cl，Br和CF 3）的芳基乙炔表现良好，通常以高产率得到所需产物（表2，3ab-3ag）。此外，在增加可见光 - 光催化剂当量（5当量）的条件下，线性、官能化和环状脂族炔烃也表现良好，并且以相当高的产率生产相应的产品（表2，3ah-3al，产率：60-86%）。此外，丙炔酸乙酯和2-乙炔基噻吩也可以顺利地参与该环加成反应，得到3am和3an，产率分别为64％和46％。此外，炔烃的范围可以显着扩展到内部炔烃。例如，当使用1-苯基丙炔2o和3-苯基丙炔酸乙酯2p作为底物时，在苯环上具有四取代基的相应咔唑产物在中间位置上被分离（表2,3ao，产率为64％； 3ap，产率为46％）。虽然收率一般（表2，3aq，产率为27％），但二苯乙炔2q也可以作为这种转化的有效底物。

^a反应条件：1a（0.3mmol），2a-2q（0.3mmol），fac-Ir（ppy）3（2mol％），碳酸钠（0.36mmol），3.0mL二氯甲烷，氩气，3W蓝光和室温; 给出了单独的产量； ^b加入五当量（1.5mmol）的炔烃。 ^c 36小时。

表2 吲哚的范围^a

我们进行了另外的实验，以确定可用于该环加成反应的吲哚衍生的溴化物的范围。如表3所总结，在5位具有相应取代基的底物，如H，Me，MeO，F和Br，是相容的，相应的产物的产率为74-84％（表3，3aa-ea）。耐受苯环取代基位置的变化，产生咔唑产物3fa-ha，产率为84-88％。有趣的是，在氮上的保护基团可以改变为叔丁氧羰基（Boc）基团，而且反应效率（表3，3ia，82％产率）无明显影响。而且无氮底物也耐受这种光催化转化，得到咔唑3ja，产率为76％。

^a反应条件：1a-1l（0.3mmol），2a（0.3mmol），fac-Ir（ppy）₃（2mol％），碳酸钠（0.36mmol），3.0mL 二氯甲烷，氩气，3W蓝色LED和室温; 给出了单独的产量。

表3吲哚衍生溴化物的底物范围^a

此外，含酰胺的底物1K和1,3-二酮底物1I也可以成功地应用到该反应中，得到所需产物3ka 3la的产率分别为61％和89％。

我们还进行了该方法的综合效用的实验。在最佳条件下进行底物1a和2a的克规模反应。 该光催化形式（4 2）反应进行得很好，并且所需产物3aa是在不降低反应效率的情况下进行的（方案3，方程（1））。产物3aa的酯基可以以66％的收率平稳地还原成羟基（方案3，方程（2））。而且，产物3aa的羟基可以显着地转化为其它的取代基，例如4-甲苯基，通过一系列酰化和钯催化的交叉偶联反应（方案3，方程（3））。

为了解释本发明的光 - 光催化过程，如方案4中所述，我们提出了一种反应机制。最初，光催化剂的[Ir（III）]的混合物在蓝色光照射升高到其激发状态，产生的铱物质具有极大的活性，可将溴化物1a还原成活性自由基中间体I。11接下来，中间体与炔2a12进行自由基加成反应，形成新的自由基中间体II。分子内环化，得到中间体III，然后[Ir（IV）]将其烯醇式IV氧化，得到阳离子中间体V，其中，这个过程伴随着光催化剂的再生的[Ir（III）]。随后，在碱性条件下使中间体V12c，13去质子化，可以得到最终的芳构化咔唑产物3aa。

总而言之，我们使用吲哚衍生的溴化物和炔烃发明了可见光 - 光催化形式（4 2）环加成反应。

我们感谢国家自然科学基金会（第21232003号，第21202053号，第21472058号和第21572074号）和其他金融支持者（第201422号，CCNU15A02007和2015CFA033）对这项研究的支持。

外文文献出处：

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