碘在现代的催化氧化

碘在现代的催化氧化

摘要：本文综述了碘介导的催化氧化的起源并且给这个年轻的研究领域做了一个全面的概

述。重点是从两个官能化的C-H键和X-H键开始的氧化C-X键形成反应。另外，碘-介导

的氧化的多米诺反应将被讨论。

I引言

2为什么用碘？

3C-N键的形成

3.1氮杂环丙烷类化合物

3.2芳香环的氧化胺化

3.3sp3杂化的C-H键的氧化胺化

3.4氧化酰胺化和酯化

4C-O和C-S键的形成

5C-C键的形成

7氧化多米诺反应

8结论

关键词：碘，极性反转，交叉耦合，氧化，均相催化

1引言

氧化偶合反应，用以形成新的碳-碳键（C-C）或碳-杂原子键（C-X）在有机合成中是重要

的，同时代的的转换。特别是，用一个C-H键和一个X-H键氧化建造一个新的C-X键（称

为交叉脱氢偶联反应，或CDC）,无需事先两个反应伙伴之一的官能化，是一种有效的转化,

以满足大部分现代和环境友好化学的要求。然而，许多这些氧化偶联反应涉及到使用昂贵且

有毒的作为氧化催化剂的过渡金属，特别是钿，钉，钺，锐，铜或铁不含过渡金属的氧

化偶联反应尚不多见⑵。作为一种替代方法，也可以作为一种过渡金属的补体，碘和其盐,

已被证明在氧化偶合反应中是有效的介质（Scheme】）。简单碘化物盐的催化量的组合，特别

是四烷基铉碘化物，和易于处理的氧化剂如叔丁基过氧化氢或过氧化氢的组合已被证明是一

种多用途的氧化偶合反应的催化剂。

/R3

c—H

*Aco-oxidant[O]

R2R2R4

X=C,N,O,S

Scheme1lodiiie-catalyzedoxidativecouplingreactions

SchemeI碘的催化氧化偶联反应

本文综述了这个新兴而快速增长的研究领域。这篇文章的部分被分为C-X键形成的性质，

其中X可以是碳，氮，氧或硫。最后，在氧化多米诺反应中作为介质和催化剂的碘的作用

被突显。只有反应中，用碘作为催化剂或介质的氧化耦合作用进行了讨论。碘包含在一个最

终反应产物中的转换不包括在本文中⑶。各种非常有趣的高价碘化合物在氧化催化中也被

省略|4句。然而，在过多碘介导的氧化转化前分析，在碘介导的氧化催化背后的基本理念和

原则进行了简要讨论。

2为什么用碘？

在有机合成中，分子碘已被广泛地使用在各种反应中的⑹。它可以作为温和的氧化剂，

用醉⑺生成谈基化合物，和它是温和路易斯酸，因此，它经常被用来作为酯化反应⑻和在保

护基团化学过程中网的催化剂。直到最近，研究人员对用碘和碘化盐作为催化剂的氧化偶联

反应感兴趣。但为什么是碘？之前碘化介导的氧化偶联反应的机制进行了分析，这些元素独

特的性能，特别是与其它卤素直接比较，总结：

（1）碘阴离子容易通过无机和有机过氧化物氧化成分子碘（12）或相应的含氧酸（特

别是次碘酸盐，亚碘酸盐［10汀和碘酸盐110方）。含氧酸本身也可以由末端的氧化剂

或由歧化作用和归中反应的互变。在催化氧化中，这种不同氧化态的易于转换是强制性的。

（2）碘分子在具有最低的均裂离解能的非放射性卤素（151kJ/mol）中，这是吸引单电

子转移的过程。这是激活的氧化催化的两种可能的模式之一。

（3）在破之后，在卤素中碘具有最低的电负性（2.2）。因此，它是非常容易产生单阳

离子的碘衍生物"+，）比单阳离子溟或氯衍生物在原位。

（4）最后，碘和其盐类具有低毒性和无害的，特别是与溪和以过渡金属为基础的氧化

催化剂相比。因此，他们是对环境友好的反应中的理想催化剂候选。

基于这些特性，两种不同的反应类型可被阐述在碘-介导的氧化偶联中：（1）一种基于“自

由基”的氧化偶联方法（2）一种基于“原位碘化”的氧化偶联方法。

碘-介导的氧化偶联中以自由基机理为基础，碘，如Scheme2所示，有两个作用。示例

显示了碘离子和叔丁基氢过氧化物（TBHP）介导的底物1之间的交叉脱氢偶联，同时激活

的C-H键的a位到杂原子X,和亲核试剂（NuD,得到偶合产物2。

在初始步骤（1），碘介导的叔丁基氢过氧化物通过单电子转移（SET）分解为叔丁氧基

自由基和氢氧根离子。接着，叔丁氧基自由基从底物1提取氢原子，以产生稳定的自由基A

其中，在第三步骤中，通过碘分子氧化在第二个单电子转移，形成阳离子B和再生碘分子。

B可以由亲核试剂的攻击，得到所需的C・Nu-耦合产物2。

RHRNu

r(cat.)

Nu-

TBHP

Scheme2Radical-basedoxidativecouplingsmediatedbyiodide

andZe?Z-butylhydroperoxide

碘介导的方案2基氧化耦合

第二个可能的反应途径涉及亲电子的碘离子（在整个底稿中记为T+'）。它们一般都是通

过碘源和外部氧化剂［O］在原位生成的（Scheme3）。的本质，在大多数情况下是未知的,

因为它按标准的光谱方法很难检测到这些高活性反应组分。即使其中一个能够观察到这样的

中间体，例如通过质谱或通过UV,所观察到的中间体可能是最稳定的衍生物，但不一定是

因为氧化催化作用。

Scheme3'Insituiodmation'basedoxidativecouplingsmediatedby

iodineandanexternaloxidant

方案3的原位氧化接头介导的碘化的基础碘和外部氧化

甚至，在大多数情况下，活性碘化合物的氧化态是不明确的。有一些证据表明碘分子

（L），次碘酸盐（IO）酰基次碘酸盐的［IOAc和I（OAc）21或亚碘酸盐（IOC可以在活性

氧化介质中发挥了重要作用。然而，一旦该亲电碘离子形成，它添加到一个给定的亲核试剂

（Nu1）生成一个新的碳-碘键或杂原子-碘键，得到关键的中间体A。在这一点上，两个不

同的反应途径是可能的，这取决于NM的性质，反应条件，与其他残留基团（R）。在途径

（a）中，发生碘化氢的消除，生成中间体B。这中间体的亲电子碳原子被第二个亲核化合

物（Nu?）进攻，生成产物C.这个途径是很常见的NM=NRX。在这种情况下，B是一种高

活性的亚胺或亚胺离子。在其它途径（b）所示，在SN2-型反应中，第二个亲核试剂直接

取代I-,形成一个新的键，其中两个亲核物质被直接连接，得到偶合产物D。这种方法，Nu'

的典型是亲核的碳原子，例如烯醇。这两种情况下是正式的氧化偶合反应，这可能是碘催

化，如果消除碘离子可以由末端氧化剂在原位再氧化。

考虑到有了这些途径，多种高效碘和氧化剂介守的转化将在下面的章节中讨论，从键形

成的类型进行分类。

3C-N键的形成

3.1氮杂环丙烷化反应

氮杂环丙烷是具有生物活性的含氮化合物和药品的重要的结构基序和合成中间体1网。

虽然存在各种不同的合成途径，也许把氮杂环丙烷引入到一个给定的结构中最有效和最直接

的方式是通过烯嫌直接的氮杂环丙烷化。在通常情况下，这种转变可以通过在原位加入产生

氮烯的烯慌【山。不过，由于氮烯前体，特别是叠氮化物，是有毒的和存在潜在的危险，所

以一个直接的方法就是从简单的胺或酰胺作为氮源开始会更方便।⑵。在1952年，Christman

和Southwick已经发现由a,%不出和酮与伯胺和氨合成碘介导的氮杂环丙烷（Scheme4）

,,31o例如，（E）-查尔酮与环己胺合成氮杂环丙烷的反应，产率达到46%。

NH2

P4/^^乂Ph+QJbhen(z1eenqeu,ivr).t?p.人O

46%Ph

3

Scheme4Thefirstiodiiie-mediatedaziiidinationreaction

Scheme4第一碘介导的氮杂环丙烷化反应

然而，这个反应使用化学计量的碘。四十几年之后，Komatsu和他的同事们发现了第一

个真正在碘催化下的氮杂环丙烷化反应(Scheme5)1⑶。在这个反应中，氯胺一T(4)作为

氧化剂来生成一种亲电子的碘物质。它同时作为氮源生成N-对甲苯磺酰基氮杂环丙烷5。

Ts

CI/

12(10mol%)

+Ph八、

Ts，NaMeCN

neutralbuffer,r.t.

491%5

Scheme5Thefiisttmlycatalyticiodine-mediatedaziiidinationre­

action

Scheme5的第一个真正的催化碘介导的氮杂环丙烷化反应

这种转变可能被表示为第一个C-N耦合反应，在这个反应中亲电子的碘的来源是通过

再氧化原位生成的。Sharpless和他的同事们发现了一个类似的溟催化氮杂环丙烷化的反应

[15].

后来，类似的N-对甲苯磺酰基氮杂环丙烷的合成使用化学计量的叔丁基次碘酸盐作为

亲电子的碘源[16]。

然而，这两种反应有显著的缺点即相应的氮杂环丙烷作为他们的N-对甲苯磺酰基衍生

物。有种方法，将直接产生N・未受保护的氮杂环化丙烷。2008年，DeVos和同事成功的发

现了这样一个有价值的转化。

在这里，亲电子的碘物质是采用催化量的碘化镂、氯酸钠作为末端氧化剂原位生成的。

在这些条件下，一些富电子和缺电子苯乙烯衍生物6很容易与氨水溶液发生反应生成所需的

氮杂环丙烷7,产率可达92%(Scheme6)[17]。

Scheme6Thefirstdiiectiodide-catalyzedaziiidiiiationofstyrenes

withammonia

Scheme6的第一个直接碘催化的氮杂环丙烷，苯乙烯氨

碘离子贯穿了这个反应的整个机理，是电子通过烯堤攻击亲电碘物种之后产生的。接下

来，A被氨进攻，生成2-碘-1-芳基乙胺Bo然后，这种高活性的中间体环化生成氮杂环丙

烷。被释放的碘负离子可被次氯酸钠在原位再氧化，这使得这个过程至少使用化学计量的碘。

使用N-氨基邻苯二甲酰亚胺作为氮源，Zhdankin和同事开发了一个在碘催化下烯燃的氮杂

环丙烷化反应，是基于一个类似的反应机理［18］。

Chang和Muhiz提出了二氨基烯煌的分子内氧化与碘化钾，四丁基氯化钱或澳化钾（二

乙酰氧基碘）结合苯（PIDA）作为氧化体系［19,20］o

3.2班化胺化的杂环的方法

杂环芳烧C-H键的直接氧化胺化是一个具有挑战性的任务。特别是，由于氨基陛在生

物活性化合物和材料科学领域中具有核心片段结构，所以嗖类药物作为这种转化的底物获得

了很多关注。然而，直接氧化与胺啜胺化仍然是罕见的。这个转化用各种各样的过渡金属如

银（I）阿、钻（11）阿、钵（II）画、铜（n）［23a域铁（皿）［23b］作为催化剂。

在2011年，我们的研究小组开发出第一个不含金属的胺化方法，苯并⑷恶哇以四丁基

碘化铉为催化剂，以叔丁基氢过氧化物或过氧化氢作为氧化剂（Scheme7）僮叫各种苯并

恶哇8与不同的仲胺反应（9a和9b）。烯胺如二烯丙基胺可以合成有用的衍生物，如9c能

达到75%的产率。我们随后扩大这种氧化胺化的范围包括伯胺甚至氨（9d和9e）1261。这进

一步表明，a-手性胺中心，如（S）苯乙胺，可以保留他们的立体宿息（9f）o

BU4NI(5mol%)

TBHPorH2O2

MeCN,AcOH

r.t.or80℃

44examples

upto93%

Scheme7Thefiistmetal-fieeaminationprotocolfbrbenzo[J]oxa-

zolescatalyzedbytetrabutylanmioniumiodide.aAqueoushydiogen

peroxidewasusedasco-oxidantatr.t.bAqueousre/t-butylhydroper­

oxidewasusedasco-oxidantat80℃.

Scheme7第一不含金属的苯并[d]恶喋以四丁基碘化核催化。过氧化氢水溶液在室温下

作为共同氧化剂。在80℃下叔丁基过氧化氢水溶液作为共同氧化剂

需要注意的是，该反应成功的关键是拨酸的使用，特别是作为添加剂乙酸的使用。与我

们最初提议相反的是，最近的实验结果表明，Scheme8所示的反应机理。既然我们能够在

反应混合物中检测到眯A,我们提出初始步骤可能是一个开环反应。质子化的脓基阳离子B

和随后的环闭合了的恶噗烷C,利用亲电碘源的原位碘化产生Do

Scheme8Revisedmechanismfortheoxidativeaminationof

beiizo[rf]oxazoles

方案8修订为氟化胺化反应机理苯并恶।明D1

消除之后生成了所需的2-氨基苯并恶理9,释放出可再氧化亲电碘物质的碘离子。殁酸

加速环闭合和生成另外稳定的亲电碘原子，例如通过形成的酰基次亚碘酸(IOAc)。

我们首次报道后不久，其他组也报道了碘介导下苯并恶嗖的氨化反应

一个类似的氧化环关闭了碘催化氧化合成2-苯基恶嘎W1，从脂肪族和芳香族醛与二元

胺的反应出发10(Scheme9)12叫作者能够通过质谱检测出亚碘酸盐。。寸)，因此提出这种

物质在耦合反应中是活性氧化介质。

R=alkyl,(het)aryl

Scheme9lodide-catalyzedsynthesisof2-aiylbeiiziinidazoles

方案9碘催化合成2.苯基恶嚏

一个类似的反应结果被Bai和同事用来用1,2-二胺和芳香醛合成2-咪喋咻曰叫

Liang和同事们报道了一种碘介导的N-芳基苯磺酰胺13和呻跺12的C2-氨基化来合成

2-氨基口引噪14(Scheme10)叫

l2(2equiv)

CSCO3(2equiv)

air,r.t.

19examples

upto90%

1214

Scheme10lodiiie-mediatedC2-aniiiiationofindoles

Scheme10碘介导的C2胺化呵跺

该反应具有高度选择性。提出了碘离子A的初步形成，在与甲若磺酰胺开环后，生成

中间体B。消除了中间体HI,最后得到所需的C2-氨基阻咪14。虽然再氧化应该是可行的,

但是这种反应是与化学计量的碘进行的。吧噪C2.胺化与毗嚏类化合物的区域选择性也已经

被描述⑶L

3.3sp3杂化的C-H键的氧化胺化

sp3杂化的C-H键直接氧化胺化生成脂肪族的C-N键仍然是一项具有挑战性的任务1321。

然而，有一些氧化碘催化的方法进行了描述。Loh和同事开发了在碳酸钠-过氧化氢配合物

作为助氧化剂的存在下，碘催化醛15的a-胺化（Scheme11）［33］。在甲醇和12二氯乙烷以

1:4混合的混合溶剂中进行反应，相应的作为最终反应产物a-氨基乙缩醛16。反应显示出具

有显着的底物范围。除了・（杂）芳基化的醛（产物16a和16b）,脂肪族醛作为底物也有耐

受性（16c）。此外，综合各种含有烯丙基取代基的仲胺（16d和16e）以及胺对酯官能团（16f）

的耐受性。

l(20mol%)

2MeOOMe

NaCOHO(1equiv)

R42322

H

MeOH-DCE

40℃16R.、R2

16examples

OMe

Ph

NBn2NBn2NBn2

16a,83%16b,54%16c,82%

OMeOMeOMe

,N/N^^COsMe

Bn，

16d,68%16e,45%161,60%

scheme11Ailiodide-catalyzedoxidativea-aminationofa-(het-

jro)arylandalkylaldehydes

方案11碘催化氧化a-胺化a-(杂)芳基和烷基醛

有趣的是，相应的偕取-二氧过氧化物没有被观察到，虽然碘介导的由酮、碘的催化量

和过氧化氢水溶液合成这些化合物是已知的1刈。

最近，Prabhu和Lamani报道，对苯丙酮和仲胺用N・碘代琥珀酰亚胺和含水的叔丁基过

氧化氢的催化量处理，得到相应的a-氨基酮直接通过交叉脱氢偶联因1。

一般来说，在分子碘和叔丁基过氧化氢的存在下，并且不添加醇溶剂，苯乙酮和仲胺反

应得到相应的a-酮酰胺17,该反应有良好的收益率高达94%(Scheme12)由文

相应的a-碘基酮A作为关键的中间体，容易被亲核试剂(例如，仲胺)取代，得到a-

氨基酮在最后一步中，B的氧化是通过过量的叔丁基过氧化氢，得到的a-酮酰胺，产率

多达94%。因此，该反应可以被看作是一个碘化取代氧化串联反应。在几乎相同的时间，

Wan和他的同事报告了类似的转化136bL在本文的第7部分中讨论了类似于氧化多米诺反应

过程中原位生成a-碘酮。

Meng和他的同事报道了一个氧化氨化的规则sp3杂化C-H键邻近酰胺氮(Scheme13)

I37Jo碘化钾和叔丁基氢过氧化物的氧化体系，各种N,N-二烷基乙酰胺18,被不同的酰胺

和酰亚胺取代，得到的产物19o

TBHP,l2

----------------------A

solvent-free,r.t.

20examples

upto94%

oxidation

HN

l

R_

substitutionAr

Scheme12Synthesisofa-ketoamidesviaaniodiiie-mediatedoxi­

dativeaminationofaromaticketones

Scheme12-酮酰胺的合成a通过碘介导的氧化芳香酮胺化

KI(20mol%)

TBHP(2equiv)

H90℃

15examples

upto95%

Scheme13C-IinidationofTVJV-diinethylacetaniidecatalyzedbypo­

tassiumiodideand^7?-butylhydroperoxide

Scheme13N,N-二甲基乙酰胺钾催化碘和叔丁基氢过氧化物

除亚胺酸酯（19a-e）,N・烷基化甲苯磺酰基酰胺耐受性良好，19f产率达44%。反应使

用相应的大量过量的氮源。刻板地，有人提议，根据Scheme2（第2部分）所示，自由基

介导的这种转化涉及叔丁基过氧化氢和碘化物产生叔丁氧基自由基。

叠氮化合物也可以用作使活化援基化合物的碘催化氧化宜能化的亲核武剂。近日，

Kirsch和同事报告了，1,3■二城基化合物20的叠氮化是通过催化量的碘化钠和2-碘酰基苯

甲酸（IBX）衍生的IBX-SO3K末端氧化剂，合成有用的衍生物，产率从21至96%（Scheme

14）网。

upto96%

Scheme14Aniodide-catalyzedoxidativeazidationof1.3-dicarbon-

yls

Scheme14碘催化氧化取代1,3•二谈基化合物

这种转化有着显着的底物应用范围。除此之外，各种3-氧代酮（21a和21b）、丙二酸酯

（21c）和3-氮代酰胺（21d）、3-氮代内酯类（21e）作为底物具有的耐受性。尽管官能团（21f）

选择氧化条件，主要和次要醇的耐受性。如果没有在2-位上的官能团（R2=H）,双叠氮化

反应可以被观察到（例如，21g）o各种亲电子的碘离子，碘分子和叠氮化碘（IN3）尽可能

被提出。

到目前为止，碘催化C-N键的形成是基于sp3杂化的C-H键，这些少数的转化是仅有

的例子。然而，构建杂环化合物的其他的胺化反应是碘介导的氧化多米诺反应的一部分，讨

论在第7部分。

3.4氧化酰胺化和酯化反应

在许多天然化合物、聚合物和医药品中，酰胺和酯都是主要的结构物质13叫结构简单

的胺和酯在温和、避免过渡金属参与以及避免危险产物的反应条件下的反应，吸引了很多人

的注意。在一般情况下，酰胺键由活化的按酸和胺形成。另一种更为环保的替代方法为将一

个直接氧化的乙醛与胺相连。到目前为止，这种方便的合成方法只用于以贵金属如钉口叫

错⑶】，例42］、铜画铁网或锢系和钮配合物为催化剂的反应。无金属的反应是很少见的眄。

最近，碘盐被证实是可以用作此种反应的优良催化剂。Reddy和他的同事发现了一种碘催

化氧化胺的反应，该反应以乙醛和胺作为反应底物，以碘化钾和叔丁基氢过氧化物作为催化

剂（Scheme15）即）。不同种类的苯甲醛在水中和伯胺以及供电子和吸电子取代基的反应被

发现在酰胺22中可以取得中等至良好的产率，产率会高达80%。另外，在苯甲醛与（S）・

得到缀氨酸甲酯在反应中得到的酰胺类如22a,在没有对映体损失的情况下可以取得良好的

产率（Scheme15,b）。

n-BuNH2

KI(5mol%),TBHP

H2O,80℃

10examples

32-80%

R=alkyl,F,Cl,MeO

b)

KI(20mol%),TBHP

MeCN,80℃

81%yield

>98%ee

Scheme15Firstoxidativeamidationofaldehydesmediatedbypo

tassiumiodideandfe/T-butylhydroperoxide

方案15第一介导的醛氧化酰胺钾碘和叔丁基氢过氧亿物

尽管在原位上的氧化醇到相应的醇的酰胺化反应是一个非常简单的理想化反应，，但其

实是一个低效的反应，从而降低了整体的反应产率。

在这些令人鼓舞的结果上，作者进一步研究了这种方法，将其应月于苯甲醛和羊醇的酯

化产生脂肪醇的反应（Schemed）口儿富电子和缺电子的苯甲醛和甲醇（R?=Me）的反应产

生的甲基酯23都能得到良好的产率。然而，与酰胺化反应作对比（见上文），吸电子取代基

反应导致了高活性的相应的苯甲醛的产生。此外，与伯节醇的反应也得到了证实。

R2OH

KI(5mol%),TBHP

--------------------------1

65℃

26examples

upto98%

Scheme16Aniodide-catalyzedoxidativeesterification

方案16碘催化氧化酯化

在这些早期的例子之后，Wan和他的同事发现了一种直接的酰基和氨基自由基交叉耦合

反应生成相应的胺25(Scheme17)倒。这些底物由乙醛和N,N-二取代甲酰胺24产生，反应由

20mo1%的四丁基碘化链和叔丁基过氧化氢为氧化剂。目标产物能够获得一个高的产率。，尽

管脂肪族醛的反应结果不理想。高选择性的交叉耦合反应产生的两个自由基可能是由于“持

久的自由基效应用叫利用N,N-二取代甲酰胺和节基或者烯丙基醇的类似的反应方法，是由

Zhu和其同事发现的。

BU4NI(20mol%),TBHP

1,1,2-trichloroethane

90℃,24h

39examples

upto96%

Scheme17Aradical-mediatedamidationofaldehy✓deswithN.N-di-

substimtedfonnaniides

方案17自由基介导的酰胺化反应的醛与N,N-二取代甲酰胺

最近，Barbas和他的同事发现了一种有机酰胺和酯化的合成方法(Schemel8)。其中，

他们报告了一种醛和四丁基钱碘和叔丁基过氧化氢布机活化剂的交叉耦合反应。芳香醛、

N-羟基琥珀酰亚胺反应(NHSI)、六氟-2-丙醇(HFIP)和甲基磺酰亚胺的反应可以得到活性酯

26a-c,并且其产率很高。随后，伯胺和醇的活化酯反应可以得到胺27和醋28,其产率可以

高达99%摩】。

Cai和他的同事发现了一种两步进行，三分子的基于碘催化氧化胺化反应合成2-芳基哇嗖

咻4胺31(Scheme19)的方法倒。

靛红酸酊的逐步反应(29)和一个取代芳胺在碘催化的条件下，可以得到邻氨基苯甲酰

胺中间体30。随后，叔丁基过氧化氢和苇胺将目标产物31的产率提高到74%。调查显示，利

用富电子芳胺和缺电子节胺，可以增强反应效果。另外，2-取代胺由于空间位阻阻碍作用，

无法进行反应。

(1)oxidativeformationofactiveesters

upto98%

BU4NI(10-30mol%)

TBHPHFIP

upto93%

solvent,70℃

sulfonimideN,SOzMe

-------------->

upto85%I

SO2M6

(2)amidationandesterificationofA/-acyl26c

sulfonimides

BnNH2

--------------------------►

CH2c%,r.t.

quant.

MeOH

--------------------------►

R=4-CIC6H470℃

quant.

Scheme18Amidationandesterificationviatetrabutylanmioniiun

iodideandfe/r-butylhydioperoxidecatalyzedformationofactivated

esters26a-c:sulfbiiimide=JV-(nietliylsulfdnyl)metlianesulfdnaniide

方案18的酰胺化及酯化反应通过四丁基铉碘和叔丁基氢过氧化物催亿形成的活性酯

26a-C：磺酰亚胺二N-(甲基磺酰)甲基磺酰胺

Scheme19Ailiodide-catalyzedone-pot.t^o-step.tliree-component

dominosynthesisof2-aiylquiiiazolin-4-amiiies

方案19碘催化的一锅，两步，三组分2-arylquinazolin~4-amines多米诺的合成

4C-O键和C-S键的形成

目前让人很有兴趣的是，碘催化的C-H键导致新的C-O键和C-S键的活化。在一篇

有创意的文章中，Ishihara和她同事们报道对称选择性氧化环醛化苯酚酮类22和笨并吠喃类

33化合物，生成一种手性C2对称的季钱碘化物(Scheme20)久以10M。/%的联票为底

物的季铉碘化物［R4NH,各种高收率的方法成功分离了纯度为99%和91%ee优良的对映选

择性的苯并吠喃类化合物。高对映选择性只能包括1•苯基2-酮类咪噗基(Z)在1位的底物。

然而，由于过氧化氢作为终端氧化剂，该反应唯一显着的副产物是水。

[R4N]*I(10mol%)

心。2/P

---------JL>­•"<

Et2O/H2O,r.t.Z

11examples

32乙upto99%yield33

upto91%ee

Scheme20Anenantioselectivequatemaiyammoniumiodidecata

lyzedoxidativeeyeloetherificationofketophenols

方案20季钱碘催化的不对称对ketophenols氧化环酸化

经过各种对比实验后，（10-）或（102一）作为催化活性的氧化催化剂。虽然碘作为活性催

化剂在这个转化的反应机理中可能发挥重要作用，但仍然是有争议的（Scheme21）。

Scheme21Iodinatediiitennediatesinthe（hypo）iodite-catalyzed

oxidativecycloetherificationasproposedbyIsliiliaiaandco-workers

方案21碘中间体的（低）催化碘化作为氧化环惟化Ishihara和同事提出

原则上，在原位生成的亲电的碘物质可以对三个不同的中间体AC做出反应。该a-碘化

物为了给化合物33在分子内反进一步发生SN2反应。在中间的B,烯醉氧原子碘化，因此进

一步反应化合物33只能通过分子内的实现SN2,反应。在C中，碘原子的共价键结合到酚羟基

氧原子和烯醇碳原子。因此，通过一个还原消除型途径将得到所需的产品33。据我们所知，

在碘催化氧化C-X偶联反应中，原位生成亚碘酸（硫代硫酸钠）钱盐是第一个被提出的例子

,551o在此之前，只有一个报告关于原位生成（KT）在碘的催化氧化硫醇生成二硫酸的方法

,561»此外，这仍然是第一个罕见碘催化对映选择性氧化耦合的例子。

Xue、Li和他的同事最近报道了类似的四丁基镀碘和间氯过氧苯日酸从苯酚取代的苯并

吠喃酮34在酸介导下产生苯并环化氧化螺化物螺型缩酮35,产率可达92%（Scheme22）卬1。

在这转化过程中，过氧化氢和叔丁基过氧化氢也可以用CO作为氧化剂，但与间氯过氧苯甲

酸相比，间氯过氧苯甲酸显着较低的收率。此外，氟化四丁基钱产量增加显着，可能是由于

较强的氢键作用，氟离子和酚羟基之间基团随后增加它的反应活性。

BU4NI(15mol%)

MCPBA(2equiv)

TBAF(2equiv)

-----------------------»

THF,r.t.

13examples

upto92%

Scheme22Tetrabutylanunoniumiodideandzw-cliloroperoxybeiizo-

icacidcatalyzedoxidativespiioketalization

方案22四丁基碘化钱和m-chloroperoxybenzoic酸催化氧化螺缩酮化

在2011年，Ishihara和同事们报道用(硫代硫酸钠)亚碘酸盐直接催化a-氧化猱基化合物

与瘦酸酰化於3直到那时，这个反应只有通过高价碘化合物或有毒的过渡金属介导像胡。

然而，以四丁基碘化铉为催化剂，以过氧化氢或叔丁基过氧化氢作为终端氧化剂，Ishihara

和同事的初步研究分子内5■含氧酸36(n=1)的含氧酰化，生成相应的氧代内酯37

(Scheme23),得到的R1芳族或杂芳族取代基(37a和37b)具有优良的产率，但脂肪族取代

基只能得到中等产量(37c)o此外，对6-竣酸的反应是只有很少的产量。

Scheme23Intramolecularoxidativea-oxyacylationofcarbonyl

compoimds

方案23的分子内氧化a-oxyacylation埃基化合物

接下来是酮和痰酸分子间的反应研究(Scheme24)。原来，作为终端氧化剂和优化的

反应条件下叔丁基过氧化氢优于过氧化氢，在与各种酮38反应，甚至敏感的竣酸(例如，丙

烯酸)生成相应的a-含氧酰化衍生物39a-e高达99%的收益率。

BU4NI(10mol%)

TBHP

EtOAc,50-75℃

36examples

upto96%

39aR=H,99%

39bR=4-Me,81%

39cR=4-Ph,92%

OCOMe

39h,72%a

Scheme24Iiitennolecularoxidativea-oxyacylationofcarbonyl

compounds.aForaldehydesassubstrates(39f-h).piperidine(5

mol%)wasadded.

方案24分子间的氧化a-oxyacylation芋炭基化合物。一种醛为底物(39F-,哌陡(5小时)摩尔％)

加入。

该a-含氧酰化醛是通过加入催化量的哌嚏保证较高的产品选择性(39f-h)。在这些条件

下，即使是敏感的醛，用叔丁基二甲基雁或末端烯煌可以转换成相应的a-苯甲酰氧基醛，并

有良好的收益率。

最近碘催化a-甲茉磺酰基-含氧酰化使用碘钱盐和间氯过氧苯甲酸作为氧化剂⑹L然而

在这种情况下，活性氧化催化剂是最有可能在原位生成的高价碘化合物。

Wan和他的同事报道了用催化量的碘化四丁基俊和叔丁基过氧化氢作为终端氧化剂交

叉脱氢和循环或脂肪族雁耦合40,导致形成相应的a-酰氧基酸41(Scheme25)阳)。不仅可

以使芳环残酸给电子和吸电子取代基被转化成相应的a-酰氧基酸(41a,b,d),而且对脂肪

族段酸也有高收率(41c)。

BU4NI(20mol%)

TBHP

EtOAc,80℃

29examples

upto99%

Scheme25Cross-dehydrogenativecouplingofcarboxylicacidsand

etherscatalyzedbytetrabutylaninioniumiodide

方案25交叉耦合和脱氢叛酸以四丁基碘化钱催化醛

随后，这个研究小组进一步证明四丁基碘化镂催化，用烯燃42和拨酸的氧化合成烯丙基

酯（Scheme26）附刃。这种方法突出巨大的官能团耐受性和底物的多样性，包括各种（杂芳

香族竣酸（如43a、43b）。即使是N-保护的氨基酸被成功地用来作为底物（43c）。

Bu4NI(20mol%)

TBHP

-----------------------1

benzene,80℃

40examples

upto98%

Scheme26lodide-catalyzedoxygenationofallylicC-Hbonds

方案26碘催化的烯丙基C-H键的氧化

Yu和他的同事报道的另一个反应涉及以四丁基碘化铁催化的一种氧化C-O键的形成

（Scheme27）1⑼。他们描述了烷基芳烧44和竣酸的氧化酯化反应。除了各种富电子和缺电

子芳基和烷基取代的竣酸（45a-c,f）,a,不饱和段酸（45）甚至N-叔丁氧腿基保护的氨基

酸（45e）都是合适的底物，用乙苯反应得到相应高达99%的优良收率。此外，研究了各种

各样的惰性的烷基芳烧与苯甲酸的反应。原来，用苯甲酸和甲苯反应得到产率中等酯45g,

而二甲苯和1,3,5-三甲基苯表现出较高的反应性，以几乎定量的产率得到相应的酯。四氢

化茶也可以用来作为底物，得到酯45h的产率为75%。在该催化酯化反应的条件下，观察没

有形成任何多酯的副产物。

BU4NI(20mol%)

TBHP

80℃

37examples

upto99%

45aR=H,97%

45bR=4-CI,99%

45cR=4-Me,99%

Ph

Scheme27EsterificationofbeiizylicC-Hbonds,catalyzedbytet-

rabutylanmioniumiodideandZerf-butylhydroperoxide

方案27酯化-羊基CH键，催化由四丁基钱碘和叔丁基氢过氧化物

Wang和他的同事报道的另一个碘催化的羊氧反应C-H键（Scheme28）。烷基芳煌46或

2-羟基甲基氮杂芳燃48与芳香醛分别转化成所需的苯甲酰草酸酯产品47和49陵1。

BU4NI(20mol%)

TBHP

80℃'

12examples

upto72%

,CHO

Ar，

BU4NI(20mol%)

TBHP

H2O,80℃

20examples

upto96%

Scheme28EsterificationofbenzylicC-Hbondswitharenecarbox-

aldehydes.catalyzedbytetrabutylanimoniiuniodideandre/Y-butyl

hydioperoxide

方案28节基C-H键芳煌基甲醛反应，催化由四丁基碘化钱和叔丁酯氢过氧化物

再次，以四丁基碘化钱作为碘源与以叔丁基水溶液过氧化氢作为缸化剂的反应是至关重

要的。各种惰性烷基芳危提供苯甲酰草酸酯产品47的产率可达72%（Scheme28,a）。多种

2-羟基-2-甲基氮杂芳燃48的酰氧基化，特别是，2-甲基氮杂芳烧，在水中重结晶获得了

相应的产品49多达96%的优良产率（Scheme28,b）。

Ishibashi和他的同事提出碘介导的2,3-二取代的।即朵类化合物50至51或52的氧代酰

化，使用催化量的碘化四丁钱和化学计算量的（二乙酰氧基碘）苯吃1。氧代酰化反应的区

域选择性强烈地依赖于2a-空间位阻效应和3a—呵咻的位置。例如，一个额外的甲基在2a

位置组（R1=CH3）W致专一的5。的3a-氧代酰化，得到高立体选择性的52（Scheme29）。

当两个位置显示类似的空间位阻，就获得区域异构体的混合物。所获得a-氧代酰化口引咻与

其他亲核试剂的后续功能化也被证明了。作为亲电碘物质，通过在乙酸存在下通过碘离子与

（二乙酰氧基碘）苯的氧化产生酰基次碘酸盐（AcOD。

Scheme29Oxidativea-oxyacylationof2.3-disubstimtedindoles

方案29-二取代的1弓I跺的氧化aoxyacylation

然而介绍了各种碘催化氧化C-O键的生成，在类似的条件下C-S键形成仍然是罕见的，

由于不希望氧化的硫烷形成相应的亚飒。据我们所知，到目前为止只有两个例子，碘催化氧

化的C-S键的形成已被描述。Wei和Ge描述了一个碘催化吧噪53与二硫化物的3-亚磺酰化

(Scheme30)o用催化量的碘分子和二甲基亚碉作为终端氧化剂，得到各种有用的3-亚磺酰

口引睬54,可以得到高达97%的收益率。

A-、

I2(5mol%)

DMSO(3equiv)

CHCI,40℃

22R2

15examples

upto97%

R1=H,OMe,Br

R2=H,Me

R3=H,Me

Scheme30Oxidative3-sulfenylationofindoleswithdisulfides

方案30氧化3-sulfenylationl弓腺和二硫化物

第二个例子是碘的催化氧化的C-S键的形成，是a-烷基苯乙烯55和磺酰基酰肿56的烯丙

基磺酰化，得到相应的烯丙基飒57,产率可达90%(Scheme31)o

BU4NI(20mol%)

TBHP(2equiv)

MeCN,80℃