三价钴催化下N-S键辅助的非氧化条件下经碳氢活化合成异喹啉

doi:10.1016/S1872-2067(16)62491-9

催化学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (8): 1423-1430.DOI: 10.1016/S1872-2067(16)62491-9

三价钴催化下N-S键辅助的非氧化条件下经碳氢活化合成异喹啉

王芬^a,b, 王强^b, 包明^a, 李兴伟^b

a. 大连理工大学化学与化工学院, 辽宁大连 116024;
b. 中国科学院大连化学物理研究所, 辽宁大连 116023

收稿日期:2016-06-06 修回日期:2016-06-24 出版日期:2016-07-29 发布日期:2016-08-01
通讯作者: Xingwei Li
基金资助:
中国科学院大连化学物理研究所；国家自然科学基金（21272231）.

Cobalt-catalyzed redox-neutral synthesis of isoquinolines: C-H activation assisted by an oxidizing N-S bond

Fen Wang^a,b, Qiang Wang^b, Ming Bao^a, Xingwei Li^b

a. School of Chemistry and Chemical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China;
b. Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning, China

Received:2016-06-06 Revised:2016-06-24 Online:2016-07-29 Published:2016-08-01
Contact: Xingwei Li
Supported by:
This work was supported by the Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences and the National Natural Science Foundation of China (21272231).

摘要/Abstract

摘要：

异喹啉是非常重要的杂环化合物，广泛应用于有机合成中，也是构成药物和材料分子的核心骨架.很多异喹啉类的生物碱都由异喹啉基本骨架构成，它们都有一定药理活性和生物活性，包括抗真菌、抗癌、抗心律失常、阵痛麻醉和降血压等功效.迄今已知的含异喹啉骨架的生物碱超过1000种，是生物碱中最多的一类.传统的合成异喹啉的方法需要官能化的原料和强酸，反应条件比较苛刻，合成步骤繁琐.例如Larock课题组利用钯催化将邻溴官能化的亚胺与炔烃环化偶联，合成了一系列异喹啉化合物.而过渡金属催化合成异喹啉是一种能够有效合成多种取代基异喹啉的方法.在过去的几十年中，通过碳氢活化策略合成杂环化合物的方法得到迅猛发展，从而使得大量的芳基化合物都能作为反应的起始原料.尤其是铑、铱、钯、钌等过渡金属都能催化芳烃的碳氢活化，从而合成异喹啉化合物.Fagnou课题组最早报道了氧化条件下利用三价铑催化剂经碳氢键活化与炔烃偶联合成异喹啉的方法.随后，众多研究组利用氧化型导向基策略在无外加氧化剂条件下高效、高选择性地合成了异喹啉.除了利用三价铑催化剂之外，利用二价钌催化剂通过碳氢活化策略也能实现类似反应.但是，这些反应体系都必须使用铑和钌等贵金属催化剂，极大地限制了该合成异喹啉方法的应用前景.近年来，数个研究组将地球上储量丰富、便宜有效的钴络合物作为催化剂应用到芳烃的碳氢键活化反应中，在简单的反应条件下合成了各种杂环化合物.对于一些反应，三价钴催化与三价铑催化能形成互补.最近，Kanai，Ackermann和Sundararaju几乎同时报道了三价钴催化肟谜的碳氢键活化，并在无外加氧化剂条件下实现了其与炔烃的偶联反应，高效地合成了异喹啉，在该类反应中以氮-氧键断裂作为内部氧化剂.但是在钴催化条件下氧化性的氮-硫键作为内部氧化剂辅助碳氢键活化的反应尚无报道.本课题组最近报道了芳基酮的N-亚磺酰亚胺与烯烃和胺化试剂的偶联反应，经N-S键断裂，高效合成了喹唑啉.本文利用三价钴催化剂在无外加氧化剂条件下实现了芳基酮N-亚磺酰亚胺与炔烃的偶联，反应经历了碳氢键活化和氮硫键断裂得到异喹啉.此反应对端炔和内炔底物均适用.为了初步了解反应机理，我们利用分子内竞争的方法进行了动力学同位素效应测定，结果表明碳氢键断裂过程可能是反应的决速步骤.结合文献结果，提出了可能的反应机理.

关键词: 三价钴催化剂, 碳氢活化, N-亚磺酰亚胺, 异喹啉

Abstract:

A redox-neutral avenue to access isoquinolines has been realized by a Co(III)-catalyzed C-H activation process. Starting from readily available N-sulfinyl imine substrates and alkynes, the reaction occurred via N-S cleavage with broad substrate scope and functional group compatibility in the presence of cost-effective cobalt catalysts.

Key words: Cobalt(III) catalyst, Carbon-hydrogen activation, N-sulfinyl imine, Isoquinoline

王芬, 王强, 包明, 李兴伟. 三价钴催化下N-S键辅助的非氧化条件下经碳氢活化合成异喹啉[J]. 催化学报, 2016, 37(8): 1423-1430.

Fen Wang, Qiang Wang, Ming Bao, Xingwei Li . Cobalt-catalyzed redox-neutral synthesis of isoquinolines: C-H activation assisted by an oxidizing N-S bond[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(8): 1423-1430.

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三价钴催化下N-S键辅助的非氧化条件下经碳氢活化合成异喹啉

Cobalt-catalyzed redox-neutral synthesis of isoquinolines: C-H activation assisted by an oxidizing N-S bond

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