在铱催化下通过Cminus;H活化使N-磺酰基酮与1，3-二烯烃发生[3 2]环化反应的研究

Takahiro Nishimura,*,dagger; Yusuke Ebe,dagger; and Tamio HayashiDagger;

摘要：在铱催化下，N-磺酰基酮与1，3-二烯烃进行[3 2]环化反应，并且通过C-H活化形成芳基铱中间体，生成高产率的氨基茚衍生物，具有高的区域和非对映选择性。

过渡金属催化通过C-H活化使芳香化合物官能化最近已经发展成为有机化学中的特殊课题之一¹。特别从Murai及其同事首次报道成功钌催化作用以来，通过使用适当排列在芳环上的导向基团实现了选择性官能化²。在这方面，已经有许多关于带有羰基或亚胺作为定向基团的芳环的邻位官能化的报道，其中芳基金属物质可通过C-H活化形成^1,2。在随后的反应中芳基金属物质的命运取决于反应伙伴或金属及其配体的性质。关于导向基团转化的芳香环的邻位官能化是一种直接形成两个及以上键的有吸引力的方法，且其能够合成复杂的分子。例如，在2005年，Kuninobu和Takai报道了用内部炔烃重新催化芳香族醛亚胺的环化生成1-氨基茚衍生物³。Satohand Miura报道了铑催化的亚胺与炔烃氧化偶联，生成了茚酮亚胺和异喹啉衍生物⁴。Zhao报道了铑催化的二苯甲酮亚胺与内部炔烃[3 2]环化生成1-氨基茚⁵，以及由Cramer报道了其不对称的变体⁶。Kuninobu和Takai^3c以及Cramer^6b对高度立体选择性的亚胺与丙二烯环化反应生成3-亚烷基-1-氨基二氢茚进行了独立的报道。关于在钌，铑，铱和钯催化剂存在下通过芳族酮与内炔或二烯的反应催化合成1-茚醇或其脱水产物已有若干报道^7,8。

我们最近报道了Ir催化的2-甲酰基苯基硼酸与1,3-二烯生成1-茚醇的反应，其中必须使用螯合二烯配体 (Scheme 1a)⁹。 该反应是经由2-甲酰基苯基铱（I）即物质 I 作为一个关键中间体形成的，关键中间体需要通过金属化转移和以下环状物具有特征：在构成1,3-二烯底物的两个双键中有越多富电子参与反应，并且1,3-二烯中的参与反应双键的两个碳，即末端碳与2-甲酰苯基硼酸的羰基碳构键。本文中，我们报道了阳离子铱的络合物催化的N-磺酰基酮亚胺与1,3-二烯的环化反应，生成了氨基茚满衍生物 (Scheme 1b)。 我们这项工作的新方法主要是通过C-H活化形成芳基铱（I）中间体II¹⁰。

Scheme 1. Ir-Catalyzed [3 2] Annulation with 1,3-Dienes

我们发现环状N-磺酰基酮亚胺与1,3-二烯的环化反应是在[IrCl(cod)]₂（cod = 1,5-环辛二烯）产生阳离子铱的络合物的存在下发生的。因此，在[IrCl(cod)]₂ (5 mol % Ir)存在下，酮亚胺1a 用于和2.0当量的异戊二烯 (2m)，三乙胺 (5 mol %)和NaBAr^F₄ [Ar^F = 3,5-(CF₃)₂C₆H₃]在甲苯中在80 ℃下反应20小时，得到81％产率的氨基茚满 3am 以及5％产率的区域异构体4am；而该各产物的其他非对映异构体的形成不能被检测到。表1所示的3am¹¹结构表明，异戊二烯 (2m) 的C-C双键上更多被取代的能够优先反应生成两根C-C键，一个在苯基的邻位，其1,3-顺式相对立体化学与我们先前关于2-甲酰基苯基硼酸与1,3-二烯的环化研究中类似⁹。因为碱的性质显著影响环化产物的产率。因此，在一种比三乙胺体积更大的EtNiPr2的存在下，生成3am和4am的产率分别为54%及3% (entry 2)，而使用了较小体积和较小碱性的1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷（DABCO）能得到更高产率的环化产物 (3am, 94%; 4am, 5%; entry 3)。吡啶和2,6-二甲基吡啶没有DABCO (entries 4 and 5)有效，并且不含碱的反应没有环化产物生成 (entry 6)¹²。在没有NaBAr^F₄的反应 (entry 7)中观察到1a的适度转换，表明阳离子铱的络合物能有效催化本反应。降低了二烯的量 (1.5 equiv) 和铱催化剂 (2 mol % Ir) 的反应也进行得很好，得到高收率的环化产物 (3am, 92%; 4am, 5%; entry 8)。

Table 1. 铱催化下的酮亚胺1a和2m^a的[3 2] 环化反应

^aReaction conditions: ketimine 1a (0.10 mmol), 2m (0.20 mmol), [IrCl(cod)]₂ (5 mol % Ir), NaBAr^F₄ (10 mol %), and base (5 mol %) in toluene (0.4 mL) at 80 °C for 20 h. ^bDetermined by ¹H NMR analysis. ^cPerformed without NaBAr ^F₄. ^dPerformed with 1.5 equiv of 2m (0.15 mmol) in the presence of [IrCl(cod)]₂ (2 mol % Ir), NaBAr^F₄ (4 mol %), and DABCO (2 mol %).

铱催化下酮亚胺1a与各种类型的1,3-二烯的环化总结见于表2。在1,3-二烯部分的更多取代的双键处，以与异戊二烯(2m, entry 1)，月桂烯 (2n) 相同的方式进行反应，具有高区域选择性的部分能达到90％产率的环化产物(entry 2)。1-苯基-1,3-丁二烯 (2o) 和1-（4-甲氧基苯基）-1,3-丁二烯 (2p)也能观察到一样的区域选择性，其中更多取代的双键优先参与反应 (entries 3 and 4)¹³。2,3-二甲基-1,3 -丁二烯 (2q) 仅以96％的收率得到3aq (entry 5)。Entries 6minus;9 表明由磺酰基和羰基取代的缺电子二烯烃（磺酰基丁二烯2r，二烯酸酯2s和二烯酰胺2t和2u）也对目前的环化具有反应性，发生在具有非常高的区域选择性的更富电子双键的反应中，除了2r以外，其分别产生3ar和4ar的收率分别为82％和5％。具有三取代双键的二烯酸酯2v的反应双键产生环状产物 3av以及少量的非环化产物5av (98% yield, 3av/5av = 98:2; entry 9)。经证实，5av¹¹是由3av通过磺酰胺基团的分子内添加构成的。因此，5av是通过使用1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯（DBU）在室温下处理3av和5av的98:2混合物以91％收率分离5av与在室温下反应温度15小时。因此，通过用1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯（DBU）在室温下处理3av和5av的98:2混合物，历经15小时以产率91％分离出5av。

Table 2. 铱催化下的酮亚胺1a和 1,3-二烯烃2^a的[3 2] 环化反应