Research News, Feb 8th, 2012

Regioselective Ring Expansion of 2,4-Diiminoazetidines via Cleavage of C–N and C(sp3)–H bonds: Efficient Construction of 2,3-Dihydropyrimidinesulfonamides

Yang Wang, Yue Chi, Wen-Xiong Zhang,* and Zhenfeng Xi*

J. Am. Chem. Soc. 2012, on line 20120208, DOI: 10.1021/ja211486f.

A highly regioselective base-mediated ring expansion of 2,4-diiminoazetidines via cleavage of C–N and C(sp3)–H bonds is achieved for the first time to afford efficiently 2,3-dihydropyrimidinesulfonamides. The mechanism of the ring expansion via tandem 4π electrocyclic ring-opening/1,5-H shift/6π electrocyclic ring-closing is well confirmed by the trapping experiments of two key intermediates and deuterium labeling studies.

 背景介绍

化学反应活性中间体的分离与结构表征对于理解反应机理具有重要意义，而反应机理研究是化学研究的核心内容之一。从新反应体系中分离金属有机活性中间体，不仅可以促进新颖金属有机化合物结构的发现和发展，而且可以帮助我们对金属有机化合物促进或催化的新反应的机理有深入理解，洞察化学反应本质，有目的和高效地发现有用的新反应。自2007年以来，我们组通过选择合适的金属催化剂或试剂以及反应底物，建立新的反应体系，开展了“基于机理和金属有机活性中间体的碳二亚胺新反应化学”的研究。

碳二亚胺(R1N=C=NR2),作为一类具有累积C=N双键的杂联烯类化合物，在有机合成化学与金属有机化学领域中发挥着非常重要的作用。之前的报道仅涉及碳二亚胺的两个反应位点：中心碳原子和C=N双键。在胺对碳二亚胺的催化加成领域，我们利用简单易得的烷基铝试剂和Zn(OTf)2，分别实现了胺对碳二亚胺的催化加成高效合成多取代胍或胍盐(OM 2009, 28, 882；OBC 2010, 8, 1816; OM 2011, 30, 5278.)。2009年，我们采用直线式逐步合成策略，将炔锂、单质硫、碳二亚胺、酰氯四组分偶联成功合成了2,3-二氢嘧啶硫酮。此反应过程中，碳二亚胺分子的一个C=N双键和一个C(sp3)-H键被切断。该成果为碳二亚胺分子中化学键的切断和有效地利用碳二亚胺提供了一种新思路(JACS 2009, 131, 15108.)。在研究2,3-二氢嘧啶硫酮形成机理过程中，我们发现：所有原料相同的情况下，合成策略的改变对反应的结果起至关重要的作用，在某些情况下，能完全改变反应的模式。2011年，我们组王杨、王子涛等利用炔锂、单质硫、碳二亚胺和酰氯，采用汇聚式合成策略，成功地构筑了5-酰基-2-亚氨基噻唑啉类衍生物(ACIE 2011, 50, 8122.)。

最近，我们组王杨、迟樾等拓展了铜催化的端炔、磺酰基叠氮、碳二亚胺的三组分反应合成2,4-氮杂环丁双亚胺。它们在LiHMDS碱作用下，通过C–N单键和C(sp3)–H键的高选择性切断，实现了2,4-氮杂环丁双亚胺化合物区域选择性的开环反应，高效构建2,3-二氢嘧啶磺酰基亚胺。通过中间体的捕获和同位素标记实验，证实该反应机理经历串联的4π-电环化开环、1,5-H迁移、6π-电环化关环(JACS 2012, 134, DOI: 10.1021/ja211486f.)。