一类芳香杂环氮自由基介导的芳环碳氢胺化反应方法与流程

本发明属于化学合成领域，具体涉及到一类芳香杂环氮自由基介导的芳环碳氢胺化反应方法。

背景技术：

1、芳香族化合物的直接碳氢官能团化是十分有用的合成策略，可以快速实现碳氢键向碳氮、碳氧、碳氟等化学键的转化。

2、芳胺类化合物广泛存在于许多天然产物、药物分子、农药化学品和功能材料中。传统方法中如buchwald–hartwig、ullmann、chan–lam反应等可以快速实现c(sp2)-n键的构建，但这些方法一方面需要对芳环底物进行预官能团化操作，如将芳环底物转化为芳基卤代物、芳基硼酸等，由此可能产生选择性问题。另一方面这些方法需要过渡金属如钯、铜的参与，对于复杂分子的实用性存在一定挑战。

3、芳环的直接碳氢胺化策略可以潜在解决上述问题，该策略不需要对芳环底物预官能团化，具有成本低、原子经济性高等优点，一直是当前研究的热点问题，备受关注由合成化学家关注。

4、2020年南方科技大学谭斌教授课题组报道了手性磷酸催化剂((s)-c6)催化咔唑(r2)亲核进攻萘基化合物(r1)，生成轴手性n-芳基咔唑产物(p)的工作，该反应于323k下进行，以三氯甲烷为溶剂，生成高产率高对映选择性的轴手性产物(doi:10.1002/anie.202000585)。

5、近年来光催化领域迅速发展，也发展了很多新颖的方法来实现芳环碳氢胺化，如氮亲核试剂、氮自由基等。但这些方法也存在不足之处，仍需进一步的发展。

6、首先氮亲核试剂的胺化过程主要涉及芳环底物被光敏剂氧化成自由基阳离子，然后被氮亲核试剂捕获，该过程不仅局限于富电子类型芳环底物，同时不同胺类化物的亲核性差异也使得底物应用范围进一步受限。

7、氮自由基作为高活性的反应中间体，在各种化学转化中扮演着重要角色，利用氮自由基来构建c-n键得到了极大关注。

8、目前已报道的氮自由基类型主要包括亚胺氮自由基、酰胺氮自由基、二烷基氮自由基和氮自由基阳离子等，而通过芳香杂环氮自由基过程实现氮芳基取代的氮杂芳环胺类化合物的构建还少有报道，因此发展一种高效、温和的芳香杂环氮自由基介导的芳环碳氢胺化方法具有重要研究意义。

技术实现思路

1、本发明提供了一类芳香杂环氮自由基介导的芳环碳氢胺化反应方法，该反应高效，反应条件温和，可快速实现芳环碳氢胺化。

2、本发明的技术方案如下：

3、一类芳香杂环氮自由基介导的芳环碳氢胺化反应方法，包括：

4、(1)式(i)所示的芳香杂环氮自由基前体在光敏剂、有机溶剂、添加剂、光照条件下产生芳香杂环氮自由基；

5、(2)步骤(1)生成的芳香杂环氮自由基与式(ii)所示的芳烃化合物反应，得到如式(iii)所示的芳环碳氢胺化的官能团化产物；

6、

7、其中，x为碳或氮，y为碳或氮，x和y不同时为碳；

8、r1、r2、r3各自独立地选自氢、卤素、c1-c6烷基、烯基、芳基、杂芳基；

9、r4选自氢、卤素、取代或为取代的c1-c6烷基、芳基、杂芳基；

10、ar1环为取代或未取代的苯环，或不存在；

11、ar2为具有芳环结构的化合物；

12、z-为抗衡离子，选自四氟硼酸根、三氟甲磺酸根、六氟磷酸根、氯、溴、硝酸根、硫酸根。

13、优选的，r1、r2、r3各自独立地选自氢、甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基、正戊基、苯基、2-萘基、间三氟甲基苯基或乙烯基。

14、优选的，芳香杂环氮自由基前体中，芳香杂环类型为苯并咪唑、吲唑、吡唑、1,3,4-三氮唑、咪唑、1,2,3-三氮唑或苯并三唑。

15、ar1环为取代的苯环时，取代基为卤素和/或c1-c6烷基。

16、优选的，ar2为取代或未取代的苯环、萘、菲、蒽、芴、芘、呋喃、噻吩、吲哚、吡咯、吡啶、喹啉、异喹啉、嘧啶、哒嗪、咪唑并吡啶、咪唑并嘧啶、咪唑并哒嗪、吲唑、吡唑、苯并咪唑。

17、进一步优选的，ar2环的取代基选自烷基、烷氧基、苯基、卤素。

18、优选的，所述的芳香杂环氮自由基前体选自：

19、

20、优选的，所述的芳烃化合物选自：

21、

22、

23、优选的，所述的光敏剂为曙红b(eosin b)、fac-三(2-苯基吡啶)合铱(fac-ir(ppy)3)、9-间二甲基-10-甲基吖啶鎓四氟硼酸盐((mes-acr-me)bf4)、(4,4'-二叔丁基-2,2'-联吡啶)双[(2-吡啶基)苯基]铱(iii)六氟磷酸盐(ir(ppy)2(dtbbpy)pf6)、[4,4'-双(1,1-二甲基乙基)-2,2'-联吡啶基-kn,kn]双[5-氟-2-(5-甲基-2-吡啶基-kn)苯基kc]铱六氟磷酸(ir[p-f(me)ppy]2(dtbbpy)pf6)、二[2-(2,4-二氟苯基)-5-三氟甲基吡啶][2-2'-联(4-叔丁基吡啶)]铱六氟磷酸盐(ir[df(cf3)ppy]2(dtbbpy)pf6)、2,4,5,6-四咔唑基-1,3-二氰基苯(4czipn)中的至少一种。

24、优选的，所述的有机溶剂为乙腈(ch3cn)、丙酮(acetone)、二甲基亚砜(dmso)、乙酸乙酯(etoac)、氯仿(chcl3)、1,2-二氯乙烷(dce)、二氯甲烷(dcm)、四氢呋喃(thf)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、1,4-二氧六环(dioxane)、甲醇(meoh)中的至少一种。

25、优选的，以芳烃化合物的摩尔用量为基准，芳香杂环氮自由基前体的摩尔用量为100～500％；光敏剂的摩尔用量为1～5％；添加剂的摩尔用量为10～150％；有机溶剂的摩尔用量为30000～80000％。

26、由于芳环的低活性，用氮自由基进行芳环碳氢氨化比较困难需要特殊的反应体系和反应条件才能进行。

27、优选的，所述的光敏剂为(4,4'-二叔丁基-2,2'-联吡啶)双[(2-吡啶基)苯基]铱(iii)六氟磷酸盐；所述的添加剂为三氟甲基磺酸铁；所述的有机溶剂为乙腈。

28、优选的，步骤(1)中，用惰性气体作为保护气体，在室温下进行光催化反应，光催化反应的光波长为370～467nm；反应时间为0.5～20h。

29、光波长可以选择为370、390、427、440、356、467nm等。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

31、(1)本发明提供了一类氮杂芳环吡啶盐类型芳香杂芳氮自由基前体介导的芳环碳氢胺化反应方法，氮杂芳环吡啶盐吡啶盐作为自由基前体，在光敏剂、有机溶剂、添加剂存在的条件下，光敏剂活化吡啶盐可以高效产生芳香杂环氮自由基，然后对芳环加成得到相应官能团化产物。

32、(2)本发明的方法具有原料简单易得、反应条件温和、底物适用性广等优点，符合发展绿色环境友好化学的要求。

33、(3)本发明的方法利用氮杂芳环吡啶盐产生芳香杂环氮自由基，然后对芳环加成，形成官能团化的氮杂芳环化合物，结构新颖，该方法有望在药物分子的修饰中得到广泛应用。