钯催化的2-吡啶基噻吩的直接C3-磺酰化反应

《Tetrahedron》:Pd-catalyzed direct C3-sulfonylation of 2-pyridylthiophenes

【字体: 时间:2025年10月10日 来源:Tetrahedron 2.2

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  钯催化C3-磺酰化合成高效区域选择性2-吡啶基噻吩衍生物,无需配体及溶剂后处理,产率达80-90%。机制研究揭示磺酰自由基中间体,并实现医药与材料化学应用的多功能化拓展。

  
张晨杰|赵耀坤|李星星|兰新玲|梁桃源|黄东|赵双亮|张传
广西大学化学与化学工程学院,广西壮族自治区南宁市,530004,中国

摘要

我们开发了一种在常空气中高效利用钯催化的2-吡啶基噻吩与易获得的磺酰氯直接C3-磺酰化方法,该方法采用螯合辅助策略。该方法具有广泛的底物范围、优异的官能团耐受性和操作简便性,能够以中等至良好的产率获得多种C3-磺酰化的2-吡啶基噻吩衍生物。机理研究表明过程中涉及磺酰自由基中间体。重要的是,产物的后期官能化改造可以快速构建π-扩展的双功能化2-吡啶基噻吩,凸显了它们在药物化学和材料科学中的潜在应用价值。

引言

砜类化合物是有机合成中重要的结构单元,作为多功能中间体在农用化学品、制药和材料科学等领域有着广泛的应用[[1], [2], [3], [4], [5], [6]]。特别是芳基砜类化合物表现出多种药理活性,包括抗真菌、抗肿瘤、抗雄激素、抗菌、抗炎和抗HIV等作用(图1a)[[7], [8], [9], [10], [11], [12]]。传统的砜类合成方法包括相应硫化物的氧化[[13,14]]、Friedel–Crafts磺酰化[[15]]以及过渡金属催化的偶联反应[[16,17]]。尽管这些方法能够高效合成多种砜类化合物,但它们通常存在依赖预功能化起始材料、区域选择性差以及产生大量副产物等局限性。因此,开发新的、直接且具有区域选择性的合成方法来制备结构多样的砜类化合物仍然具有很高的研究价值。
值得注意的是,与类似的C–C、C–N和C–O键形成反应相比,通过过渡金属催化的直接C–H活化实现C–S键形成的研究相对较少。这种差异主要是由于长期以来人们认为含硫化合物会毒害金属催化剂,因为硫原子对多种金属中心具有很强的配位能力[[18], [19], [20]]。令人鼓舞的是,近年来基于钯[[21], [22], [23], [24], [25], [26]]、钌[[27], [28], [29]]、铜[[30], [31], [32], [33]]等金属的催化体系已经克服了这一认知障碍。
噻吩是一种普遍存在的杂环化合物,在药物化学和材料科学中有着广泛的应用[[35], [36], [37], [38], [39], [40], [41]]。在噻吩衍生物中,含有噻吩和氮杂环结构的吡啶基噻吩因其在这些领域的巨大潜力而被誉为“神奇的杂环化合物”[[42], [43], [44], [45]]。因此,人们投入了大量努力来合成不同类型的吡啶基噻吩,以增加分子的复杂性[[46], [47], [48], [49], [50]]。迄今为止,在2-吡啶基噻吩的C3位官能化方面已经取得了显著进展,包括芳基化、烯基化、甲基化、烷氧基化、硝化、酰基化、磷酸化和氨基化[[51], [52], [53], [54], [55], [56], [57], [58], [59], [60]]。然而,据我们所知,尚未有使用易获得的磺酰氯直接对2-吡啶基噻吩进行C3-磺酰化的报道。近年来,钯催化和自由基参与的磺酰化方法已成为强大的工具[[61]];然而,实现2-吡啶基噻吩的区域选择性磺酰化仍然是一个挑战。因此,我们在此报道了一种通过合理设计的钯催化剂,利用自由基途径实现2-吡啶基噻吩的区域选择性C3-磺酰化,从而获得多种多样的C3-磺酰化产物(图1c)。

结果与讨论

为了确定最佳反应条件,我们研究了在Pd催化剂体系存在下2-吡啶基噻吩(1a)与对甲苯磺酰氯(2a)之间的反应(表1)。我们的初步目标是实现C3-磺酰化。令人满意的是,在120°C下使用5 mol%的Pd(OAc)?和1.5当量的Ag?O在DCE中反应24小时后,获得了产率为90%的磺酰化产物(条目1)。受此结果的鼓舞,我们尝试了多种钯催化剂——Pd(CH?CN)?Cl?、Pd?(dba)?等。

结论

总结来说,我们开发了一种使用易获得的磺酰氯进行Pd(II)催化的2-吡啶基噻吩直接C3-磺酰化方法,能够以中等至良好的产率获得多种C3-磺酰化的2-吡啶基噻吩衍生物。该方法具有反应设置简单、一步完成、高效、原子经济性好以及环境友好等优点,无需使用配体、添加剂或碱。机理研究表明...

实验部分

所有试剂均购自Bide Pharmatech Ltd.和Energy Chemical。所有溶剂均购自Greagent(上海Titanicsci公司),无需进一步纯化即可使用。除非另有说明,所有反应均在空气气氛下于烘箱干燥的玻璃器皿中进行。所有加热反应均采用金属砂浴(WATTCAS, LAB-600)进行。1H NMR谱图使用Bruker-600 NMR仪器获得。所有样品的谱图均在氘代氯仿(CDCl?)中记录。

CRediT作者贡献声明

张晨杰:撰写初稿、方法学设计、实验研究、数据整理。 赵耀坤:撰写初稿、方法学设计、实验研究、数据整理。 李星星:方法学设计、实验研究、数据分析。 兰新玲:方法学设计、实验研究、数据分析。 梁桃源:撰写与编辑、数据分析。 黄东:监督工作、资源提供。 赵双亮:撰写与编辑、监督工作、资金申请。 张传:撰写与编辑。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金(编号22461003)、广西自然科学基金(编号2025GXNSFAA069547)、广西重大人才项目以及大学生创新创业培训计划(编号S202410593128)的支持。
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