【有机】德国马普所Tobias Ritter课题组：首例光诱导苯甲酸衍生物的脱羧砜亚胺化反应

导读：近日，德国马克斯-普朗克研究所Tobias Ritter教授课题组首次报道了一种光诱导配体至铜的电荷转移（copper-LMCT）的脱羧碳金属化过程，实现了苯甲酸衍生物的脱羧砜亚胺化（sulfoximination）反应。该策略具有反应条件温和、底物范围广泛等特点，并可用于复杂小分子的后期官能团化反应。相关研究成果发表在Chem. Sci.上（DOI: 10.1039/d2sc05442f）。

（图片来源：Chem. Sci.）

正文：

近年来，通过底物（如醇、卤化物、叠氮化物和烷基羧酸盐）与3d金属盐（如Fe、Ni或Cu）的配位，可形成相应的光活性金属配合物。在辐射条件下，可促进激发态配合物进行分子内配体至金属的电荷转移（LMCT），生成反应性开壳层（open-shell）自由基中间体。传统的金属催化或介导的热脱羧交叉偶联反应通常需要高反应温度和邻位取代基。芳香族自由基脱羧比脂肪族羧基自由基脱羧进行得慢，易导致不期望的副反应。因此，许多芳香族脱羧键形成的反应（如砜亚胺化反应）仍然是常规化学反应所无法实现的。前期，化学家们已开发了copper-LMCT促进苯甲酸衍生物的脱羧反应以及苯甲酸衍生物的热芳香族脱羧C–N交叉偶联反应（Fig. 1A）。同时，化学家们还开发了过渡金属催化砜亚胺衍生物的N-芳基化反应，合成了一系列N-芳基砜亚胺衍生物（Fig. 1B）。然而，对于通过苯甲酸与砜亚胺衍生物直接合成N-芳基砜亚胺的方法，仍有待进一步的研究。近日，德国马普所Tobias Ritter课题组首次报道了一种苯甲酸衍生物的脱羧砜亚胺化反应，其涉及光诱导配体至铜的电荷转移的过程（Fig. 1C）。

（图片来源：Chem. Sci.）

首先，作者以4-氟苯甲酸锂盐1与砜亚胺衍生物2作为模型底物，进行了相关脱羧砜亚胺化反应条件的筛选（Table 1）。当以Cu(OTf)₂作为催化剂，LiOMe和DTBP（2,6-二叔丁基吡啶）作为添加剂，在乙腈溶剂于紫色LEDs辐射下35 ℃反应18 h，可获得66%的N-芳基砜亚胺产物3以及8%收率的酯副产物3a。

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在获得上述最佳反应条件后，作者对底物范围进行了扩展（Fig. 2）。首先，一系列不同取代的苯甲酸衍生物，均可顺利反应，获得相应的产物3-20，收率为37-71%。其中，该策略还可用于一些复杂小分子的后期官能团化反应，如8、14、19和20。其次，当砜亚胺底物R¹为甲基和乙基，R²为苯基时，均与体系兼容，获得相应的产物21-23，收率为63-71%。当砜亚胺底物R¹为甲基，R²为不同电性取代的芳基时，也能够顺利进行反应，获得相应的产物24-30，收率为45-71%。当砜亚胺底物R¹和R²均为甲基或苯基时，也可顺利反应，获得相应的产物31-32，收率为55-66%。

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此外，作者还对反应的机理进行了进一步的研究（Fig. 3）。首先，4-氟苯甲酸锂（1）和Cu(OTf)₂的混合物在370-470 nm处有强吸收峰，归因于Cu(OTf)₂的LMCT带。LMCT带与紫色LED发射光谱重叠，与反应条件下Cu(OTf)₂的激发一致。砜亚胺与Cu(OTf)₂的配位以及DTBP与Cu(OTf)₂的配位，与观察到砜亚胺2和Cu(OTf)₂的混合物以及DTBP与Cu(OTf)₂混合物的吸收光谱（370–470 nm）一致（Fig. 3A）。其次，所有含铜(II)的混合物在550−900 nm处具有d-d过渡态吸收峰，其在紫色LED照射后减少，这与Cu(II)还原为Cu(I)的过程一致（Fig. 3B）。此外，通过氘代脱羧实验表明，反应形成了芳基羧基自由基和芳基自由基（Fig. 3C）。基于上述的讨论，作者提出了一种合理的反应机理（Fig. 3D）。芳基羧酸锂底物、Cu(OTf)₂和L_n配位，生成配合物I。配合物I经光诱导的LMCT过程，生成芳基羧基自由基中间体II。II经进自由基脱羧后，生成芳基自由基III。随后，通过铜辅助芳基自由基捕获可生成芳基铜(III)中间体IV。最后，通过C–N还原消除，可获得N-芳基砜亚胺产物（Fig. 3D）。值得注意的是，当使用其它的N-亲核试剂（如邻位磺酸基苯甲酰胺），也通过copper-LMCT方法进行相应的偶联（Fig. 3E）。

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总结：德国马克斯-普朗克研究所Tobias Ritter教授课题组首次报道了一种光诱导配体至铜的电荷转移（copper-LMCT）的脱羧碳金属化的过程，实现了苯甲酸衍生物的脱羧砜亚胺化反应，合成了一系列N-芳基砜亚胺衍生物。该策略具有反应条件温和、底物范围广泛、官能团兼容性良好等特点。此外，当使用其它的N-亲核试剂（如邻位磺酸基苯甲酰胺），也可通过copper-LMCT方法进行相应的偶联。

论文信息：

Decarboxylative sulfoximination of benzoic acids enabled by photoinduced ligand-to-copper charge transfer

Peng Xu, Wanqi Suab, Tobias Ritter.

Chem. Sci. DOI: 10.1039/d2sc05442f