電催化內炔烴的鹵磺酰化反應

黎奕斌 黃志星

摘 ?要：烯基砜類化合物是良好的有機合成中間體，而炔烴的鹵磺酰化是合成烯基砜類化合物的最佳方法之一。然而，內炔烴的鹵磺酰化報道較少。該研究電催化磺酸鈉、炔烴和碘化鉀3個組分反應，高效、綠色地實現了內炔烴的鹵磺酰化反應。為了優化反應條件，我們同時探索了電解質/鹵源、溶劑、電極、電壓和溫度等對該反應進度的影響。

關鍵詞：電催化 ?內炔烴 ?鹵磺酰化反應 ?高效綠色

中圖分類號：O621.251 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2020）12（c）-0034-04

Electrocatalytic Halosulfonylation of Internal Alkynes

LI Yibin1 ?HUANG Zhixing2

（1.School of Pharmaceutical Sciences， Southern Medical University， Guangzhou， Guangdong Province， 510515 China; 2.School of Pharmacy， Guangzhou Medical University， Guangzhou，

Guangdong Province， 510000 ?China）

Abstract： Alkenyl sulfone compounds are good intermediates for organic synthesis. Sulfonylation of alkynes is one of the best methods available for their smooth access. However， the halosulfonylation of internal alkynes is rarely reported. This research electrocatalyzes the three-component reaction of sodium sulfonate， alkyne and potassium iodide， and realizes the halogen sulfonylation reaction of internal alkyne with high efficiency and green. In order to optimize the reaction conditions， we also explored the effect of electrolyte/ halogen source， solvent， electrode， voltage and temperature on the reaction progress.

Key Words： Electrocatalysis; Internal alkynes; Halosulfonylation reaction; Efficient and green

炔烴官能化在植物體內和生物活性分子中普遍存在，是有機合成中的重要反應[1]。多取代烯烴的合成是一項艱巨的任務，特別是四取代烯烴的合成給化學家提出了嚴峻的挑戰[2]。其中，烯基砜類化合物是合成活性藥物、性能材料的關鍵中間體，因此，在醫藥和光電材料等領域得到廣泛的應用[3-4]。炔烴的鹵磺酰化是合成烯基砜類化合物的最佳方法之一。炔烴的鹵磺酰化還串聯引入了另一個官能團（鹵素），除了自身的重要性外，還可以通過化學轉換衍生出結構多樣的化合物[10-11]。化學家已成功實現了末端炔烴的鹵磺酰化（見圖1），但是對內部炔烴的鹵磺酰化報道較少。內炔烴的空間位阻和電子區域選擇是導致內炔烴的磺酰化難以實現主要原因[12]。2017年，Ravi等研究者利用丁基過氧化氫作為氧化劑，以磺酸鈉、炔烴和碘為原料實現了內炔烴的鹵磺酰化（圖2a）。2018年，Ma和Wang等研究者同樣在高溫和雙氧水氧化劑的催化下，以磺酸阱、炔烴和碘化鉀為原料可控性的合成了（E）-β-碘乙烯基砜（圖2b）。目前，內炔烴的鹵磺酰化的方法仍需要使用有毒或危險氧化劑。

電化學方法進行碳碳鍵的生成和官能團的加成、取代、裂解、消去、偶合、氧化、還原以及利用媒質的間接電合成等反應，因此，引起了合成化學家的極大關注。在反應過程中，通過調節電流的傳導電極或電極電位，使電子轉移得到控制，從而避免有毒或危險氧化劑或還原劑。為尋找高效綠色的內炔烴的鹵磺酰化反應，該研究基于電化學性質，電催化替代氧化劑催化，以磺酸鈉、炔烴和碘化鉀為原料，高效綠色的實現了內炔烴的鹵磺酰化（圖2c）。

1 ?實驗部分

1.1 所用試劑與儀器

試劑：CDCl3（內標為TMS）、乙酸乙酯（分析純）、石油醚（分析純）、四氫呋喃（分析純）、丙酮（分析純）。

儀器：德國Bruker公司AVANCE Ⅲ 400MHz核磁共振儀、質譜儀（Bruker microTOF-QⅡ型）、熔點測定儀（XT-5型）、紅外光譜儀（FTIRTensor 27型）、上海暗箱紫外分析儀（ZF-20D型）。

1.2 內炔烴的鹵磺酰化反應

在配有兩個鉑金板作為陰極陽極的10 mL電解池中，加入1，6-烯炔1（0.2 mmol），對甲苯磺酰酸鈉（0.6 mmol），KI（0.4 mmol），然后加入4 mL H2O溶解。70 ℃下以10 mA的恒定電流電解4.0 h。反應完畢后，電極用丙酮洗滌。用乙酸乙酯（3×10 mL）萃取，并用水洗滌，合并有機層，用無水硫酸鈉干燥。過濾得有機相，減壓濃縮除去乙酸乙酯。粗產物通過快速色譜純化（石油醚/乙酸乙酯=10/1），得到產物。

2 ?結果與討論

關于反應條件優化，按照圖3化學式，我們選用對甲苯磺酸鈉、苯乙炔烴、作為模型底物來探索該反應的最優條件（見表1）。我們在10 mL電解池中，加入1，6-烯炔（0.2 mmol），對甲苯磺酰酸鈉（0.6 mmol），KI（0.4 mmol），然后加入4 mL H2O溶解。70 ℃下以10 mA的恒定電流電解4.0 h，得到目標產物，分離產率達68%（序號1）。第一步我們篩選電解質/碘源（1-4）使用，TBAI，NH4I時，基本沒有目標產物生產，而使用NaI時，產率只有34%。第二步對溶劑進行篩選（序號5-9），使用MeOH、EtOH、MeCN時，基本沒有目標產物生產。使用THF/H2O（1∶1）和TFE時，目標產物的產率分別是46%、37%。為了獲得更好的反應結果，我們分別對陽電極，電壓和溫度等條件進行了篩選（序號10-15）。陽極用C替換Pt（序號10），產率為56%。使用15 mA、5 mA時（序號11-12），產率分別是59%、15%。在室溫條件下（序號13），基本沒有目標產物生產。使用50 ℃、80 ℃時（序號14-15），產率分別是21%、65%。綜合考慮，在KI作為電解質/鹵源，H2O做溶劑，Pt做陽極，70 ℃下以10 mA的恒定電流電解4.0 h為最佳條件。

3 ?結語

我們發展了一種電催化內炔烴的鹵磺酰化反應的方法。通過一系列的條件篩選，進一步優化了反應條件，從而實現高效綠色的內炔烴的鹵磺酰化。為四取代烯烴的合成，尤其是烯基砜類化合物的合成提供一種高效綠色的合成策略。

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