95-15-8 / JACS：镍催化苯并噻吩与炔烃的[5+2]环加成反应合成12π电子非芳香性七元苯并噻吩

研究过渡金属催化的含硫芳族化合物的C-S键裂解以及各种催化转化对于了解脱硫化反应的机理具有重要意义。近日，日本京都大学Takuya Kurahashi和Seijiro Matsubara等人报道了首例镍催化五元苯并噻吩和炔烃的正式[5+2]环加成反应，通过脱芳化得到七元苯并噻吩（Scheme 1b）。该反应丰富了热亚稳苯并噻吩的合成方法。原位X射线吸收精细结构光谱和密度泛函理论计算，证实了C-S键与镍(0)氧化加成而形成的硫镍代乙烯基环中间体的结构。相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.上（DOI: 10.1021/jacs.9b07948）。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

作者以苯并噻吩1a和4-辛炔2a为底物对反应条件进行了优化（Table 1）。所用镍催化剂由Ni(cod)2和配体在甲苯中反应12小时原位制备。通过对配体、溶剂、温度进行筛选，作者发现底物与30 mol% Ni(cod)2和60mol% PCy3在甲苯中于30 ℃下反应120 h能够以87%的收率得到目标产物3aa。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

紧接着，作者研究了各种苯并噻吩和炔烃的镍催化环加成反应（Figure 1）。3-己炔和6-十二烷基炔能够顺利反应。带有OMe和OTBS的氧取代炔烃可以良好的收率得到所需的七元环。给电子或吸电子基取代的苯并噻吩也具备良好的反应性。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

最初，作者认为苯并噻吩C2位上的甲氧基对于该转化是必须的，可以促进C-S键与镍(0)的氧化加成。事实表明，三氟甲基和甲基取代的苯并噻吩都不能与炔烃发生环加成反应（Figure 2）。此外，酯基和非取代的苯并噻吩在标准反应条件下也不与炔烃反应。然而，在探索苯并噻吩C2位的取代基效应时，作者发现氟取代的苯并噻吩4a也参与了与炔烃的反应（Figure 3）。甲氧基和硅氧基取代的2-氟苯并噻吩也能反应。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

为了深入了解反应的机理，作者首先尝试对苯并噻吩1a与镍(0)催化剂氧化加成所产生的镍配合物进行X射线单晶分析，但经过纯化和重结晶仍未得到可用于X射线单晶分析的优质晶体。因此，作者通过X射线吸收精细结构（XAFS）光谱分析了镍(0)催化剂与1a在甲苯中的反应，EXAFS结果与理论计算的硫代乙烯基环6a的模型具有良好的一致性，R因子为2.2％（Figure 4）。X射线吸收近边缘结构（XANES）中的前边缘峰也表明形成了6a。EXAFS和XANES分析证实镍催化剂与苯并噻吩1a反应得到的硫代环乙烷6a是合理的反应关键中间体。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

最后，作者研究了苯并硫杂环庚烷经硫原子的热消除生成萘的反应。苯并噻吩3aa在110 ℃下反应24 h能够以86％的收率转化为萘8aa。这些结果表明，在高温下进行苯并噻吩和炔烃的镍催化环加成时，硫原子可以被原位消除，而消除的硫原子可能通过中毒抑制催化反应。在较低温度（即30 ℃）下进行镍催化反应时硫不会从苯并噻吩中消除，所以能够制备热亚稳的12π电子非芳族苯并噻吩，这通过其他反应是难以实现的。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

结语：京都大学研究人员开发了通过镍催化10π电子芳香族噻吩环与炔烃的[5+2]环加成反应制备含硫七元12π电子非芳香族苯并噻吩的方法。该反应系利用脱芳构化为C-C不饱和键与芳香族化合物加成环化提供了非芳香族化合物的第一个例子。