铜(I)促进芳香类C(sp2)—H键的硝化反应

doi:10.6023/cjoc202603002

摘要/Abstract

硝基芳烃化合物是重要的化工原料和中间体, 被广泛应用于多种领域. 开发条件温和且普遍适用的芳烃硝化方法一直是有机化学界长期追求的目标. 利用亚硝酸钠或亚硝酸叔丁酯(TBN)作为硝化试剂, 1-氯甲基-4-氟-1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷二(四氟硼酸)盐(Selectfluor)作为氧化剂, 铜(I)作为催化剂, 开发了一种高效的芳烃C(sp²)—H硝化方法, 硝化产物产率高达96%. 该方法具有良好的官能团耐受性, 能够兼容酯基、羰基、硝基、氰基、卤素等官能团, 且表现出较好的底物适用性, 包括富电子芳烃和缺电子芳烃, 以及一些复杂分子和药物分子.

关键词: 芳烃C(sp²)—H硝化, 铜催化, 1-氯甲基-4-氟-1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷二(四氟硼酸)盐(Selectfluor), 亚硝酸叔丁酯, 亚硝酸钠

Nitroaromatic compounds are important chemical raw materials and intermediates, which are widely used in various fields. The development of mild and generally applicable methods for the nitration of arenes has long been a pursuit in organic chemistry. An efficient C(sp²)—H nitration of arenes was developed, using sodium nitrite or tert-butyl nitrite (TBN) as nitrating reagents, 1-chloromethyl-4-fluoro-1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane bis(tetrafluoroborate) (Selectfluor) as the oxidant in the presence copper(I) catalysts. The nitrated products were obtained in yields up to 96%. This method demonstrates excellent functional group tolerance, accommodating esters, carbonyls, nitro, cyano, and halogen groups. Furthermore, it exhibits broad substrate scope, encompassing electron-rich and electron-deficient arenes, as well as complex pharmaceutical molecules.

Key words: C(sp²)—H nitration of arene, copper catalysis, 1-chloromethyl-4-fluoro-1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane bis(tetra- fluoroborate) (Selectfluor), tert-butyl nitrite, NaNO₂

引用此文

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图/表 8

图1. 含硝基的药物分子

Figure 1. Representative drug molecules containing nitro group

图式1. 芳烃C(sp2)—H硝化反应策略

Scheme 1. Strategies for C(sp2)—H nitration of aromatic hydrocarbons

Entry	Oxidant	Nitro source	Additive	T/℃	Yield^b/%
1	Selectfluor	TBN	—	50	12
2	NFSI	TBN	—	50	0
3	K₂S₂O₈	TBN	—	50	0
4	NH₄Ce(NO₃)₆	TBN	—	50	0
5	O₂	TBN	—	50	0
6	Selectfluor	TBN	CuI	50	49
7	Selectfluor	TBN	Cu(OAc)₂•H₂O	50	53
8	Selectfluor	TBN	Cu(MeCN)₄BF₄	50	82 (82)^c
9	Selectfluor	TBN	Fe(acac)₃	50	9
10	Selectfluor	TBN	NiI₂	50	58
11	Selectfluor	TBN	AlCl₃	50	6
12	Selectfluor	NaNO₂	Cu(MeCN)₄BF₄	50	63
13	Selectfluor	Cu(NO₃)₂•3H₂O	Cu(MeCN)₄BF₄	50	0
14	Selectfluor	t-BuNNO₂	Cu(MeCN)₄BF₄	50	0
15	Selectfluor	TBN	Cu(MeCN)₄BF₄	30	38
16	Selectfluor	TBN	Cu(MeCN)₄BF₄	60	66
17	—	TBN	Cu(MeCN)₄BF₄	50	0

表1. 反应条件优化a

Table 1. Optimization of reaction conditions

表2. 底物拓展a

Table 2. Scope of the substrates

表3. 复杂分子底物拓展a

Table 3. Scope of the complex molecules

图式2. 底物放大实验

Scheme 2. Scale-up reaction experiment

图式3. 机理探究实验

Scheme 3. Mechanism investigation experiments

图式4. 可能的反应机理

Scheme 4. Plausible reaction mechanism

参考文献 29

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