Research News, Feb 8th, 2012

Regioselective Ring Expansion of 2,4-Diiminoazetidines via Cleavage of C–N and C(sp3)–H bonds: Efficient Construction of 2,3-Dihydropyrimidinesulfonamides

Yang Wang, Yue Chi, Wen-Xiong Zhang,* and Zhenfeng Xi*

J. Am. Chem. Soc. 2012, on line 20120208, DOI: 10.1021/ja211486f.

A highly regioselective base-mediated ring expansion of 2,4-diiminoazetidines via cleavage of C–N and C(sp3)–H bonds is achieved for the first time to afford efficiently 2,3-dihydropyrimidinesulfonamides. The mechanism of the ring expansion via tandem 4π electrocyclic ring-opening/1,5-H shift/6π electrocyclic ring-closing is well confirmed by the trapping experiments of two key intermediates and deuterium labeling studies.

 背景介紹

化學反應活性中間體的分離與結構表征對于理解反應機理具有重要意義，而反應機理研究是化學研究的核心内容之一。從新反應體系中分離金屬有機活性中間體，不僅可以促進新穎金屬有機化合物結構的發現和發展，而且可以幫助我們對金屬有機化合物促進或催化的新反應的機理有深入理解，洞察化學反應本質，有目的和高效地發現有用的新反應。自2007年以來，我們組通過選擇合适的金屬催化劑或試劑以及反應底物，建立新的反應體系，開展了“基于機理和金屬有機活性中間體的碳二亞胺新反應化學”的研究。

碳二亞胺(R1N=C=NR2),作為一類具有累積C=N雙鍵的雜聯烯類化合物，在有機合成化學與金屬有機化學領域中發揮着非常重要的作用。之前的報道僅涉及碳二亞胺的兩個反應位點：中心碳原子和C=N雙鍵。在胺對碳二亞胺的催化加成領域，我們利用簡單易得的烷基鋁試劑和Zn(OTf)2，分别實現了胺對碳二亞胺的催化加成高效合成多取代胍或胍鹽(OM 2009, 28, 882；OBC 2010, 8, 1816; OM 2011, 30, 5278.)。2009年，我們采用直線式逐步合成策略，将炔锂、單質硫、碳二亞胺、酰氯四組分偶聯成功合成了2,3-二氫嘧啶硫酮。此反應過程中，碳二亞胺分子的一個C=N雙鍵和一個C(sp3)-H鍵被切斷。該成果為碳二亞胺分子中化學鍵的切斷和有效地利用碳二亞胺提供了一種新思路(JACS 2009, 131, 15108.)。在研究2,3-二氫嘧啶硫酮形成機理過程中，我們發現：所有原料相同的情況下，合成策略的改變對反應的結果起至關重要的作用，在某些情況下，能完全改變反應的模式。2011年，我們組王楊、王子濤等利用炔锂、單質硫、碳二亞胺和酰氯，采用彙聚式合成策略，成功地構築了5-酰基-2-亞氨基噻唑啉類衍生物(ACIE 2011, 50, 8122.)。

最近，我們組王楊、遲樾等拓展了銅催化的端炔、磺酰基疊氮、碳二亞胺的三組分反應合成2,4-氮雜環丁雙亞胺。它們在LiHMDS堿作用下，通過C–N單鍵和C(sp3)–H鍵的高選擇性切斷，實現了2,4-氮雜環丁雙亞胺化合物區域選擇性的開環反應，高效構建2,3-二氫嘧啶磺酰基亞胺。通過中間體的捕獲和同位素标記實驗，證實該反應機理經曆串聯的4π-電環化開環、1,5-H遷移、6π-電環化關環(JACS 2012, 134, DOI: 10.1021/ja211486f.)。