環(huán)狀二芳基碘鹽的合成研究進(jìn)展1

馬姣麗，周旭明，陳嘉琳，許少倩，李曉桐，程輝成

(廣東石油化工學(xué)院 化學(xué)學(xué)院，廣東 茂名 525000)

二芳基碘鹽無(wú)毒安全且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是一類(lèi)重要的芳基化試劑。自從20世紀(jì)80年代初以來(lái)，高價(jià)有機(jī)碘化合物(III)在有機(jī)合成領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1，2]，二芳基碘鹽可分為線(xiàn)性二芳基碘鹽和環(huán)狀二芳基碘鹽(見(jiàn)圖1)。在線(xiàn)性碘鎓鹽中，碘中心不參與雜環(huán)的形成，而環(huán)狀二芳基碘鹽中的碘原子則作為兩個(gè)芳基橋接的一種良好“中間體”，使得碘中心被包含在兩個(gè)芳(雜)環(huán)或芳稠(雜)環(huán)中。環(huán)狀二芳基碘化合物具有高度缺電子性質(zhì)，與多種親核試劑發(fā)生芳基化反應(yīng)能實(shí)現(xiàn)合成多功能芳烴[3-5]。關(guān)于線(xiàn)性二芳基碘鹽的合成和應(yīng)用已有較多報(bào)道[6-8]。但對(duì)于環(huán)狀二芳基碘化合物的合成和應(yīng)用的有關(guān)報(bào)道還比較有限[3]。本文將系統(tǒng)地討論環(huán)狀二芳基碘鹽的合成研究進(jìn)展，并對(duì)部分反應(yīng)的合成應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

圖1 二芳基碘鹽的分類(lèi)

1 重氮化反應(yīng)合成法

1909年，Mascarelli和Benati等提出了合成了環(huán)狀二芳基碘鹽的典型合成方法。該反應(yīng)是2,2-二氨基二苯基與亞硝酸鈉在鹽酸溶液中發(fā)生重氮化反應(yīng)，加入碘化鉀提供碘負(fù)離子，用于制備獲得五元環(huán)狀二芳基氯化碘鹽的合成方法(見(jiàn)圖2)[9-11]。1968年，此反應(yīng)又被用于獲取環(huán)狀二芳基碘鹽，以2-氨基-2-碘代二苯基為原料發(fā)生重氮化反應(yīng)得到二芐基碘代六氟磷酸鹽或四氟硼酸鹽形式的環(huán)狀二芳基碘化合物[12]。

圖2 重氮化法合成環(huán)狀二芳基碘鹽

2 無(wú)機(jī)氧化劑氧化合成法

2015年，Zhdankin課題組報(bào)道了具有不同反陰離子的各種二芳基碘鹽的合成方法(見(jiàn)圖3)[13]。通過(guò)使用過(guò)硫酸鉀復(fù)鹽(Oxone)氧化2-碘聯(lián)苯，硫酸處理提供陰離子合成了環(huán)狀二芳基碘鹽硫酸氫鹽。通過(guò)陰離子交換反應(yīng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為不同陰離子的環(huán)狀二芳基碘鹽。

2020年，Nachtsheim課題組研究了兩種一鍋法構(gòu)建碳橋二芳基碘鎓三氟酸鹽和四氟硼酸鹽的方法(見(jiàn)圖4)[14]。在強(qiáng)酸的催化作用下，各種取代的鄰碘苯甲醇與富電子芳烴發(fā)生弗里德?tīng)?克拉夫特烷基化反應(yīng)構(gòu)建鄰碘二苯基甲烷骨架，通過(guò)Oxone試劑的氧化環(huán)化轉(zhuǎn)化為環(huán)狀二芳基碘鹽。此外，他們發(fā)現(xiàn)在三氟甲磺酸(TfOH)和間氯過(guò)氧苯甲酸(m-CPBA)的反應(yīng)條件下，鄰碘二苯基甲烷底物也可以有效地進(jìn)行預(yù)期的一鍋法反應(yīng)構(gòu)建環(huán)狀二芳基碘鹽。

圖3 過(guò)硫酸鉀復(fù)鹽氧化法制備環(huán)狀二芳基碘鹽

圖4 過(guò)硫酸鉀復(fù)鹽氧化法一鍋法制備環(huán)狀二芳基碘鹽

通過(guò)對(duì)不同芐醇底物的優(yōu)化條件，該反應(yīng)可以擴(kuò)展到其他官能團(tuán)環(huán)狀二芳基碘鹽的合成。

3 高碘化合物氧化合成法

在硫酸存在條件下，硫酸碘氧化4,4,-二取代二苯基化合物可以快速構(gòu)建六元雜環(huán)狀二芳基碘鹽(見(jiàn)圖5)[15,16]。在標(biāo)準(zhǔn)條件下反應(yīng)4,4-二硝基二苯基醚作為反應(yīng)底物則產(chǎn)生六元氧雜環(huán)狀二芳基碘鹽；此外，該研究也發(fā)生通過(guò)過(guò)氧化氫或過(guò)硫酸鉀氧化鄰碘聯(lián)芳烴化合物也可以合成六元雜環(huán)狀二芳基碘鹽。例如，如果以正乙?；?2-碘二苯胺為原料，過(guò)硫酸鉀為氧化劑則生成六元氮雜環(huán)狀二芳基碘鹽；如果以2-碘二苯亞砜為原料，過(guò)氧化氫為氧化劑則生成六元硫雜環(huán)狀二芳基碘鹽。

圖5 雜環(huán)二芳基碘鹽陽(yáng)離子的合成

圖6 高碘試劑氧化制備環(huán)狀二芳基碘鹽

1980年，Koser及合作者開(kāi)發(fā)了環(huán)狀二芳基碘鹽的合成方法(見(jiàn)圖6)[17]。在室溫下， PhI(OH)(OTs)氧化2-碘芳烴得到三價(jià)碘化合物，繼而在對(duì)甲基苯磺酸的CH3CN溶液中回流1 h制備出環(huán)狀二芳基碘對(duì)甲基苯磺酸鹽。

圖7 兩步合成環(huán)狀二芳基碘鹽

2015年，Hayashi及其合作者報(bào)道了在強(qiáng)酸性條件下的二芐碘鹽可以通過(guò)陰離子交換而進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為其他二芐碘鹽的衍生物(見(jiàn)圖7)[18]。適當(dāng)無(wú)機(jī)鹽的甲醇-水溶液處理二芐碘硫酸氫鹽產(chǎn)生新的二芐碘三氟甲磺酸鹽、溴化鹽等衍生物。這種簡(jiǎn)單而通用的方法，能夠制備各種其他的二芐碘鹽衍生物。

4 過(guò)氧化物氧化合成法

1941年，Lothrop課題組以2, 2’-二氨基聯(lián)苯為原料，經(jīng)過(guò)氧乙酸氧化反應(yīng)，再用碘化鉀處理，合成二苯基碘代二苯環(huán)碘鹽[19]。1953年，Beringer及其同事報(bào)道了在硫酸存在下，碘代硫酸鹽化合物會(huì)與芳香族化合物縮合，生成碘鹽，得到了不對(duì)稱(chēng)的和對(duì)稱(chēng)的二芳基碘鹽化合物(見(jiàn)圖8)[20]。

圖8 氧乙酸氧化合成環(huán)形二芳基碘鹽

2015年，Zhdankin課題組報(bào)道了合成環(huán)狀二芳基碘三氟甲磺酸鹽和雙(三氟甲基)酰亞胺鹽的制備方法(見(jiàn)圖9)[13]。該方法采用間氯過(guò)氧苯甲酸氧化鄰碘聯(lián)苯，繼而在室溫下三氟甲磺酸和雙(三氟甲烷)磺酰亞胺(Tf2NH)進(jìn)行陰離子交換，以較高的產(chǎn)率得到了不同陰離子的環(huán)狀二芳基碘鹽。該反應(yīng)具有操作簡(jiǎn)單、安全高效及官能團(tuán)耐受性廣泛等優(yōu)點(diǎn)。

2018年，馬姣麗及其合作者報(bào)道了使用間氯過(guò)氧苯甲酸作為氧化劑合成了十二種不同的環(huán)狀二芳基碘鹽的方法(見(jiàn)圖10)[21]。將2- 碘聯(lián)芳烴、間氯過(guò)氧苯甲酸及TfOH依次加入無(wú)水的二氯甲烷；然后，在室溫下攪拌反應(yīng)大約1 h，蒸除二氯甲烷得到一些固體混合物；最后，在乙醚中重結(jié)晶得到環(huán)狀二芳基碘三氟甲磺酸鹽。通過(guò)在不同酸溶液進(jìn)行攪拌進(jìn)行陰離子交換，可以制備一系列帶有取代基的多種陰離子的環(huán)狀二芳基碘鹽。

圖9 間氯過(guò)氧苯甲酸氧化制備環(huán)狀二芳基碘鹽

圖10 間氯過(guò)氧苯甲酸氧化合成環(huán)狀二芳基碘鹽

2020年，Nachtsheim課題組報(bào)道了合成環(huán)狀二芳基碘四氟硼酸鹽的方法。該方法使用一級(jí)和二級(jí)的1-(2-碘苯基)乙基-1-醇類(lèi)底物與富電子底物發(fā)生弗里德?tīng)?克拉夫特烷基化反應(yīng)構(gòu)筑聯(lián)芳烴骨架，然后，通過(guò)間氯過(guò)氧苯甲酸氧化環(huán)化構(gòu)筑碘雜環(huán)骨架(見(jiàn)圖11)[14]。例如，在溫和的反應(yīng)條件下，三氟化硼催化1-(2- 碘苯基)-1-醇與甲苯在DCM中發(fā)生對(duì)位選擇性極好的弗里德?tīng)?克拉夫特烷基化反應(yīng)，繼而經(jīng)過(guò)氧化環(huán)化反應(yīng)合成環(huán)狀二芳基碘鹽。

圖11 兩步一鍋合成法

2020年，Wang課題組報(bào)道了在環(huán)狀二芳基碘鹽的合成方法(見(jiàn)圖12)[22]。首先，通過(guò)異丙基氯化鎂與1,2-二碘苯反應(yīng)生成2-碘苯基碘化鎂中間體，繼而與苯甲醛反應(yīng)構(gòu)建鄰碘二苯基甲醇；然后，通過(guò)亞磷酸還原鄰碘二苯基甲醇生成鄰碘二苯基甲烷；最后，鄰碘二苯基甲烷通過(guò)間氯過(guò)氧苯甲酸氧化環(huán)化生成六元環(huán)狀二芳基碘鹽。

圖12 環(huán)狀二芳基碘鹽的多步合成

5 結(jié)論和展望

過(guò)去的幾十年中，環(huán)狀二芳基碘鹽合成方法在不斷的研究發(fā)展中同樣有一步到多步不等的合成步驟。環(huán)狀二芳基碘鹽可利用重氮化反應(yīng)、無(wú)機(jī)氧化劑、高碘化物及過(guò)氧化物氧化合成。一鍋法在環(huán)狀二芳基碘鹽的合成中也被廣泛使用，環(huán)狀二芳基碘鹽可通過(guò)重氮化反應(yīng)制備得到。間氯過(guò)氧苯甲酸和Oxone試劑是合成線(xiàn)性二芳基碘鹽和環(huán)狀二芳基碘鹽較常用的氧化劑，但因其對(duì)環(huán)境有一定的污染，原子利用率較低。目前，更加簡(jiǎn)易高效的合成路線(xiàn)已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，例如，采用清潔的H2O2作為氧化劑，相比于傳統(tǒng)法，該方法簡(jiǎn)化了后處理流程，減少環(huán)境污染，為合成環(huán)狀二芳基碘鹽提供了更多的可能性。環(huán)狀二芳基碘鹽種類(lèi)仍具有較大的局限性，更多種類(lèi)的新型環(huán)狀二芳基碘鹽急需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，流動(dòng)化學(xué)合成法和有機(jī)電化學(xué)已經(jīng)成功運(yùn)用線(xiàn)性二芳基碘鹽的合成，這為合成環(huán)狀二芳基碘鹽提供了更多的參考。