C—H键活化主要是通过过渡金属催化, 具有原子经济性高和步骤简洁等特点, 其主要的过渡金属包括钯、镍、铜等, 另外在非金属以及无金属条件催化下也可以实现C—H键活化.大多数C—H键官能团化构建C—S键的反应如Eq. 1所示.
通过芳基卤化物的直接硫氰化来构筑C—S键是合成硫氰酸芳基酯的比较常用的方法.早在1996年, Suzuki及其同事开就探索出了一种在温和条件下合成芳基硫氰酸酯的方法, 采用KCu(SCN)2与芳基碘化物交叉偶联反应合成目标产物. 2006年Guo等报道了CuI催化芳基碘化物与KSCN偶联合成硫氰化产物, 这类方法的主要缺点是产率较低且底物主要局限在芳基碘化物. Wang等报道了一种直接且简单的方法, 实现了在室温下咪唑并杂环化合物4通过sp2 C—H官能团化高度选择性硫氰化(Eq. 2), 该方法所得的产物C-3硫氰化咪唑并吡啶6收率高(80%~94%), 并且底物适应性较好.在咪唑并吡啶芳基环上的各种供电子和吸电子基团都具有很好的耐受性, 而且没有显示出明显的电子效应.此外, 该反应的空间位阻效果也不明显, 在不同位置取代的甲基咪唑并吡啶类可以高效地与KSCN反应.该方法大大地拓宽了硫氰酸芳基酯反应的底物范围, 不再局限于芳基碘化物.
Fu等在非金属催化条件下采用一锅法, 将炔醛7、吡啶-2-胺8和醇或硫醇9三组分反应合成取代咪唑并[1, 2-a]吡啶衍生物10 (Eq. 3), 反应的特点是不含金属、环境友好且廉价易得.该合成咪唑并[1, 2-a]吡啶的方法其底物适用性广, 且收率高.
化学家期望发现合成步骤少、有毒废物排放量小、反应条件温和且选择性高的反应方案.因此, 绿色化学的概念逐渐兴起, 研究人员将多相催化、非金属催化或无催化剂等绿色合成的概念应用在C—S成键中, 使用碘、碱或纳米颗粒进行转化, 避免了过渡金属络合物和盐的使用. Wang等报道了绿色简洁的水促吲哚11与磺酰肼12的硫醇化反应(Eq. 4), 该方法可以在没有任何催化剂、配体或添加剂的温和条件进行, 该反应的收率较高(最高可达到99%), 且副产物仅为氮气和水.这提供了一种环境友好且经济的反应途径.
C—H官能化为有机分子的官能化提供了高效、经济和环境友好的方案, 推动了有机合成领域的迅速发展.尽管C—H活化策略有着巨大的吸引力, 但是依然面临一些挑战, 比如:反应条件不具有普适性、底物适用性窄和惰性C—H键的活化等.
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