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2025 , Vol. 45 >Issue 10: 3672 - 3690

DOI: https://doi.org/10.6023/cjoc202412026

综述与进展

二芳基碘盐参与的自由基芳基化反应研究进展

  • 诸雨楠 a ,
  • 矫伟康 a ,
  • 韦雪白 a ,
  • 陈春华 , a, * ,
  • 莫冬亮 , b, *
展开
  • a 广西民族大学化学化工学院 林产化学与工程国家民委重点实验室 广西林产化学与工程重点实验室 林木生物质低碳高质利用广西高校工程研究中心 南宁 530006
  • b 广西师范大学化学与药学学院 广西桂林 541004

收稿日期: 2024-12-25

  修回日期: 2025-03-28

  网络出版日期: 2025-04-17

基金资助

广西民族大学人才引进(2022KJQD14)

广西科技基地与人才专项(AD23026046)

广西壮族自治区级大学生创新训练计划(S202410608069)

收起

Recent Progress in Radical Arylation Reaction Involving Diaryliodonium Salts

  • Yu'nan Zhu a ,
  • Weikang Jiao a ,
  • Xuebai Wei a ,
  • Chunhua Chen , a, * ,
  • Dongliang Mo , b, *
Expand
  • a Key Laboratory of Chemistry and Engineering of Forest Products, State Ethnic Affairs Commission, Guangxi Key Laboratory of Chemistry and Engineering of Forest Products, Guangxi University Engineering Research Center of Low-carbon and High-quality Utilization of Forest Biomass, School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi Minzu University, Nanning 530006
  • b School of Chemistry and Pharmaceutical Sciences, Guangxi Normal University, Guilin, Guangxi 541004
* ;

Received date: 2024-12-25

  Revised date: 2025-03-28

  Online published: 2025-04-17

Supported by

Guangxi Minzu University Scientific Research Funds for Talent Introduction(2022KJQD14)

Guangxi Science and Technology Base and Talent Special Project(AD23026046)

Student Innovation Training Program of Guangxi Zhuang Autonomous Region(S202410608069)

Fold

摘要

二芳基碘盐作为一类高度亲电的芳基化试剂, 因其具有环境友好、稳定性好及选择性高等优点, 在有机合成化学中得到了广泛应用. 它是一种可以产生芳基自由基来合成芳香族化合物的新型试剂. 综述了近十年来二芳基碘盐通过芳基自由基过程构建碳-碳键和碳-杂键等新键的研究进展, 内容主要分为可见光诱导和无光照催化两部分, 并讨论了它们在合成具有生物活性的芳基化合物中的应用.

关键词： 自由基反应; 芳基化; 二芳基碘盐; 杂环化合物; 光催化

本文引用格式

诸雨楠 , 矫伟康 , 韦雪白 , 陈春华 , 莫冬亮 . 二芳基碘盐参与的自由基芳基化反应研究进展[J]. 有机化学, 2025 , 45(10) : 3672 -3690 . DOI: 10.6023/cjoc202412026

Abstract

Diaryliodonium salts, which serve as highly electrophilic arylation reagents, have been widely used in organic synthetic chemistry due to their environmental compatibility, remarkable stability, and excellent selectivity. As novel reagents, they can produce aryl radicals to synthesize aromatic compounds. The research progress achieved in the past decade regarding the construction of carbon-carbon and carbon-heteroatom bonds by utilizing aryl radicals derived from diaryliodonium salts is summarized with content mainly divided into two parts: arylation induced by visible light and arylation without photocatalysis. Their applications in the synthesis of bioactive arylated heterocyclic compounds are also discussed.

Key words： radical reaction; arylation; diaryliodonium salt; heterocyclic compound; photocatalysis

二芳基碘盐作为一类重要的高价碘化合物, 凭借其毒性低、稳定性好和反应选择性高等特点, 已成为有机合成领域中高效的亲电芳基化试剂. 这类化合物在交叉偶联反应、碳氢键活化以及酚类化合物的脱芳构化等方面具有广泛应用[1]. 从反应机理而言, 二芳基碘盐具有强亲电性, 可视为芳基阳离子的等价物, 能够与碳、硫、氧、磷及氮等多种亲核试剂发生反应, 高效构建各类芳基化产物. 此外, 该类试剂还能通过环化反应构建吡啶和喹啉等杂环化合物[2]. 鉴于芳基结构单元广泛存在于医药、农药和功能材料等众多重要化合物中, 二芳基碘盐在有机合成中的应用研究近年来受到越来越多关注. 目前, 二芳基碘盐参与的芳基化反应及其在相关领域的应用进展也有不少的报道[3], 然而, 现有综述并非是从二芳基碘盐作为芳基自由基前体的角度进行归纳与总结.
可见光驱动的光氧化还原催化作为一种高效、绿色且环保的合成手段, 在现代有机合成领域中发挥着越来越重要的作用. 近年来, 得益于其反应条件温和、可持续性强、操作简单及官能团耐受性好等优势, 可见光诱导的化学反应受到越来越多的关注[4]. 在可见光照射下, 二芳基碘盐可高效转化为芳基自由基, 芳基自由基继续参与各种转化. 目前关于二芳基碘盐作为芳基自由基前体参与的芳基化反应已有广泛报道[5], 但缺少这一研究领域系统的归纳和总结. 本文从二芳基碘盐生成芳基自由基的策略出发, 系统总结了近十年来利用二芳基碘盐通过芳基自由基过程实现芳基化反应的研究进展, 并探讨了该策略在天然产物合成中的应用. 文章内容主要涉及光催化和无光催化两方面, 根据成键类型, 本文将分别讨论C—C键、C—S键和C—P键的形成(Scheme 1).
图式1 二芳基碘盐参与的自由基芳基化反应类型

Scheme 1 Types of radical arylation reactions by diaryliodo- nium salts

1 可见光诱导的自由基芳基化反应

二芳基碘盐参与的自由基芳基化反应涉及光催化或无光催化两种反应条件, 而可见光诱导二芳基碘盐进行的芳基化反应, 根据成键类型可分为碳-碳键、碳-硫键和碳-膦键的构建等.

1.1 C—C键的构建

1.1.1 钯/铱金属参与的光催化C—C键构建

2012年, Sanford课题组[6]报道了钯/铱催化的光氧化还原C—H键芳基化反应(Scheme 2). 反应对光和光催化剂的需求、自由基抑制剂的抑制作用以及所观察到的化学选择性等, 均与自由基机理相符. 该策略与高温的热反应相比, 其在反应速率、底物范围以及官能团耐受性等方面, 都表现出了一定的优势.
图式2 钯/铱催化二芳基碘盐的C—H芳基化反应

Scheme 2 Pd/Ir-catalyzed C—H arylation of diaryliodonium salts

2013年, Chatani课题组[7]证明在光敏剂[Ir(ppy)2- (bpy)]PF6的存在下, 可见光照射下苯环、杂芳烃5等都可以与二芳基碘盐4发生芳基化反应(Scheme 3). 在可见光介导的光氧化还原催化体系中, 二芳基碘盐为芳基自由基前体. 值得一提的是, 在无光氧化还原催化剂的条件下, 可见光照射吡咯也能够有效地发生2-芳基化反应. 这些反应都涉及光诱导单电子转移至Ar2I＋产生芳基自由基过程.
图式3 可见光介导的芳烃和杂芳烃与二芳基碘盐的芳化反应

Scheme 3 Visible light-mediated arylation of arenes and heteroarenes with diaryliodonium salts

2013年, Greaney课题组[8]开发了一种新型的三组分光氧化还原催化体系, 可实现苯乙烯7、二芳基碘盐8以及杂原子亲核试剂(如醇、水、腈等)的串联反应(Scheme 4). 产生的芳基自由基可与苯乙烯的双键进行加成, 经氧化后与亲核试剂反应形成新的C—O键或 C—N键. 该反应条件温和, 能够使具有反应活性的苯乙烯在室温下顺利转化为其他有用产物, 且在该反应条件下未观察到其发生聚合的现象.
图式4 光氧化还原催化苯乙烯的氧化芳基化和氨化芳基化

Scheme 4 Oxyarylation and aminoarylation of styrenes using photoredox catalysis

2014年, Glorius课题组[9]开发了金和光氧化还原双催化体系, 实现了非活化烯烃10、二芳基碘盐11和醇的分子间三组分氧化芳基化反应(Scheme 5). 该反应条件温和, 利用易得的可见光源和简单的原料可以高效合成α-芳基醚产物12. 金和铱催化剂的协同催化作用使二芳基碘盐11用作芳烃偶联剂, 其机理涉及二芳基碘盐通过单电子转移(SET)对激发态铱催化剂的氧化猝灭产生芳基自由基, 芳基自由基再与烷基金(I)复合物反应生成金(II)物种等过程.
图式5 烯烃分子间多组分氧化芳基化反应合成α-芳基醚

Scheme 5 Intermolecular multicomponent oxyarylation of alkenes for the synthesis of α-arylated ether

2014年, 俞寿云等[10]描述了可见光促进的乙烯基异腈酸酯13与二芳基碘盐14的成环反应. 该反应能够快速获得高度取代的异喹啉衍生物15 (Scheme 6). 由于整体反应的氧化还原是中性过程, 无需使用化学计量的外源氧化剂, 反应产率良好. 这种模块化的合成方法可以引入不同的官能团, 合成的芳基异喹啉酰胺和酯可以用作化学探针, 如外周苯二氮䓬受体(PBR)配体.
图式6 异腈酸乙烯与二芳基碘盐在可见光促进下反应合成异喹啉

Scheme 6 Visible light-promoted synthesis of isoquinolines from vinyl isocyanides and diaryliodonium salts

2018年, 朱钢国课题组[11]开发了一种新型的光催化分子内酰化反应, 使用二芳基碘盐17作为芳基化试剂, 对未活化的烯烃16进行酰化. 这一反应能够在非常温和的条件下产生多种具有较好非对映选择性的2-苄基茚烷酮、3,4-二氢萘-1(2H)-酮和2,3-二氢喹啉-4(1H)-酮18等(Scheme 7).
图式7 非活化烯烃与二芳基碘盐的光催化酰基化反应

Scheme 7 Photocatalytic acylarylation of unactivated alkenes with diaryliodonium salts

2018年, 顾振华课题组[12]报道了钯催化和可见光促进的乙烯基芳烃19与二芳基碘盐20的C—H芳基化反应(Scheme 8), 反应无需额外的光敏剂. 动力学同位素效应(kH/kD)从3.6变为1.1, 证实了黑暗条件下C—H活化是决速步骤, 而可见光的照射改变了反应途径, C—H官能化成为了快速反应步骤, 不再是决速步. 该方法可以在温和条件下高效合成具有高对映选择性的四取代乙烯基芳烃化合物21.
图式8 钯和可见光加速的乙烯基C—H芳基化反应

Scheme 8 Visible light accelerated vinyl C—H arylation via Pd-catalysis

2024年, Romero课题组[13]报道了使用Lewis碱作为二芳基碘盐23的激活剂, 不需要通过形成显色的电子供体-受体(EDA)复合物, 也不依赖于可检测的卤键相互作用. 在LED灯照射下二芳基碘盐产生芳基自由基(Scheme 9), 该芳基自由基被过渡金属捕获以进行C—H芳基化反应. 这些结果为开发无需外源光催化剂的新型金属催化芳基偶联反应体系奠定了重要基础.
图式9 二芳基碘盐在无光催化剂条件下的芳基自由基反应

Scheme 9 Photocatalyst-free aryl radical reaction from diaryliodonium salts

1.1.2 钌金属参与的光催化C—C键构建

2013年, 肖建良课题组[14]实现了杂芳烃26与二芳基碘盐25的芳基化反应(Scheme 10). 在光敏剂[Ru(bpy)3]2＋的作用下, 二芳基碘盐经可见光照射产生芳基自由基, 然后对芳杂环进行加成得到C—H芳基化产物. 该反应在室温下进行, 底物适用范围广泛, 为芳香族化合物C—H键的直接芳基化反应提供了一种温和的方法.
图式10 光氧化还原催化芳烃和杂芳烃与二芳基碘盐的芳基化反应

Scheme 10 Arylation of arenes and heteroarenes with diaryliodonium salts by photoredox catalysis

2020年, Mkrtchyan课题组[15]报道了通过多米诺芳基化反应合成异黄酮30的新方法(Scheme 11). 该反应利用Ru(bpy)3Cl2•6H2O作为光催化剂, 二芳基碘盐29原位生成的芳基自由基与邻羟基烯胺酮28进行偶联. 在实际应用中, 该方法以良好至优异的产率、高的区域选择性和优异的官能团耐受性得到邻羟基烯胺酮的光芳基化产物30.
图式11 可见光介导邻羟基烯胺酮的芳基化反应

Scheme 11 Visible-light-mediated arylation of ortho-hydroxy- arylenaminones

2021年, 娄红祥课题组[16]开发了二芳基碘盐32的光氧化还原催化级联反应, 并将其应用于norasycronone A骨架的简洁合成(Scheme 12). 该反应涉及光氧化还原催化的芳基化/环化/弗里德尔-克拉夫茨级联过程. 通过可见光诱导的自由基环化/酰氧基迁移反应可制备β- eudesmol的去氢化萜烯骨架. 机理研究表明, 级联过程可能是由于烯醇酯的单电子氧化引起. 作者认为, 由于反应条件温和, 所描述的单电子转移过程可以进一步应用于更多结构相关的萜类化合物的合成.
图式12 涉及芳基自由基的光氧化催化级联反应合成(±)- Norascyronone A

Scheme 12 Synthesis of (±)-Norascyronone A by photoredox-catalyzed cascade reactions involving aryl radical

2022年, Murarka课题组[17]介绍了一种光氧化还原催化的芳基化反应(Scheme 13). 该反应使用二芳基碘盐35作为方便、稳定且经济的芳基源, 用于喹喔啉-2-酮34的芳基化. 多种二芳基碘盐35都能与喹喔啉-2-酮34反应, 高效合成了在药物化学中具有广泛应用的3-芳基喹喔啉-2-酮36. 该反应在温和的条件下进行, 方法具有可扩展性, 适用范围广. 通过光开关实验、量子产率测定和荧光猝灭研究等实验对反应机理进行了研究,提出了一个合理的机理.
图式13 可见光光氧化催化喹啉-2-(1H)酮与二芳基碘盐的芳基化反应

Scheme 13 Visible light photoredox-catalyzed arylation of quinoxalin-2(1H)-ones with diaryliodonium salts

2023年, Murarka课题组[18]概述了一种Ru(II)-光氧化还原催化N-取代2-芳基苯并咪唑37和三氟甲磺酸二芳基碘盐38之间的自由基级联反应, 以高产率合成了芳基化苯并咪唑并[2,1-a]异喹啉-6-酮39 (Scheme 14), 所合成的苯并咪唑并异喹啉酮39可进一步合成苯并咪唑稠合杂环.
图式14 可见光光氧化催化芳基环化构建苯并咪唑[2,1-a]异喹啉-6(5H)-酮

Scheme 14 Visible light photoredox-catalyzed arylative cycli- zation to access benzimidazo[2,1-a]isoquinolin-6(5H)-ones

2024年, Murarka课题组[19]报道了钌光氧化还原催化N-芳基-N-丙烯酰肼40和二芳基碘盐41之间的芳基自由基级联反应, 以良好的产率获得了相应的苄基吡唑酮42 (Scheme 15). 该反应表现出广泛的底物范围和高的官能团耐受性.
图式15 钌光氧化还原催化芳基自由基串联合成官能团化吡唑酮

Scheme 15 Ru-photoredox-catalyzed arylative radical cascades to furnish functionalized pyrazolones

1.1.3 无金属参与的光催化C—C键构建

2020年, 宋金柱课题组[20]提出了一种以四氟硼酸二芳基碘盐44为芳基化试剂, 以曙红Y为光敏剂, 在可见光催化下对喹啉氮氧化物/吡啶氮氧化物43进行C(2)选择性芳基化的方案(Scheme 16). 该方法为2-芳基取代喹啉和吡啶氮氧化物45的合成提供了一条有效途径. 反应机理涉及激发态的曙红Y*被二芳基碘盐氧化猝灭以产生芳基自由基, 然后与喹啉或吡啶氮氧化物加成, 再由曙红Y＋氧化并去质子化, 生成所需产物. 该方法具有操作简单、官能团耐受性好及区域选择性良好等优点, 产率中等到高.
图式16 可见光促进喹啉和吡啶N-氧化物与二芳基碘盐的芳基化反应

Scheme 16 Visible-light-promoted arylation of quinoline and pyridine N-oxides with diaryliodonium salts

2023年, Yadav课题组[21]开发了一种光诱导芳基化-环化反应合成含季碳中心的3,3-二取代吲哚衍生物48 (Scheme 17). N-芳基丙烯酰胺46与二芳基碘盐47在无需任何金属催化剂和添加剂的条件下进行反应, 能以良好的产率得到芳基化产物48. 初步的机理研究表明, 该反应通过光激发氧化还原二芳基碘盐产生芳基自由基, 然后N-芳基丙烯酰胺经过SET过程实现芳基自由基加成、环化和芳构化等序列反应.
图式17 光诱导芳基自由基级联反应合成含CF3的2-吲哚酮

Scheme 17 Photoinduced aryl radical cascade for the synthesis of quaternary CF3-containing 2-oxindoles

2023年, Murarka课题组[22]报道了一种有机光氧化还原催化Morita-Baylis-Hillman (MBH)酯49与三氟甲磺酸二芳基碘盐50的立体选择性烯丙基芳基化反应(Scheme 18), 以中等至良好的产率合成了相应的三取代烯烃51. 值得注意的是, 该烯丙基芳基化策略具有温和的反应条件和广泛的底物范围, 还可用于药物分子的后期结构修饰.
图式18 有机光氧化还原催化乙酸酯与二芳基碘试剂的芳基化反应

Scheme 18 Organophotoredox-catalyzed arylation of acetates with diaryliodonium reagents

2023年, Murarka课题组[23]报道了由碘化钠、三苯基膦和四甲基乙二胺(TMEDA)组成的光氧化还原体系(Scheme 19). 该体系与二芳基碘盐53自组装形成的四聚体电子供体-受体(EDA)复合物在可见光照射下可产生芳基自由基. 这种二芳基碘盐激活的模式能够在温和条件下实现一系列芳杂环的芳基化反应, 以中等至优异的产率得到相应的杂芳基化合物54. 作者还通过光物理和密度泛函理论计算等对反应机制进行了深入研究.
图式19 二芳基碘盐参与的电子供体-受体光活化反应

Scheme 19 Electron donor-acceptor photoactivation involving diaryliodonium reagents

2024年, Reddy课题组[24]利用2,6-二甲基吡啶和二芳基碘盐原位形成的电子供体-受体(EDA)复合物开发了一种可见光诱导的杂环芳基化反应(Scheme 20). 在光照射下, EDA复合物产生芳基自由基, 该自由基通过SET过程与苯并吡喃酮55加成. 该方法是获得具有生物活性的香豆素类化合物57的有效策略.
图式20 新型电子供体-受体配合物(EDA)在可见光下促进的芳基化

Scheme 20 Novel electron donor-acceptor complexes (EDA) promoted arylation under visible light irradiation

1.2 C—S键的构建

2017年, 吴劼课题组[25]报道了在可见光照射下, 四氟硼酸二芳基碘盐58、1,4-重氮双环[2.2.2]辛烷二氧化硫[DABCO-(SO2)2]和二芳基膦氧化物59的三组分反应制备硫代磷酸盐60的方法(Scheme 21). 该策略为以二氧化硫为硫源合成硫代磷酸酯衍生物提供了一条新途径. 机理研究表明, 在光催化条件下, 二芳基碘盐产生芳基自由基, 并且在Ir(IV)的存在下, 有机磷试剂将芳基磺酰基自由基还原生成芳基硫阳离子, 芳基磺酰自由基的还原是实现二芳基膦氧化物硫代化的关键步骤.
图式21 可见光照射的三组分反应合成硫代磷酸盐

Scheme 21 Synthesis of thiophosphates through three-component reaction under visible light irradiation

2017年, Manolikakes课题组[26]报道了一种以二芳基碘盐61、肼62和二氧化硫为起始原料的光氧化还原催化的三组分反应合成N-氨基磺酰肼63的方法(Scheme 22). 这一方法利用可见光作为反应的驱动力, 在温和条件下以中等至良好的产率合成N-氨基磺酰肼63. 当使用不对称的二芳基碘盐进行反应时, 观察到了高化学选择性的芳基转移. 基于一系列控制实验, 作者提出了可能的光催化反应机理.
图式22 可见光光氧化还原催化二芳基碘盐、肼和二氧化硫的氨磺酰化反应

Scheme 22 Visible-light photoredox-catalyzed aminosulfonylation of diaryliodonium salts with SO2 and hydrazines

2017年, 姜雪峰课题组[27]利用常见的硫代硫酸盐65, 在可见光催化下, 通过调节反应所用气体, 对不同价态的有机硫化合物进行了选择性构建(Scheme 23). 机理研究表明, 亚砜化可能涉及级联电子和能量转移过程, 而单电子转移可能在亚砜化途径中占主导地位. 通过对药物和糖衍生物的硫氧化物进行系统亚砜化, 能实现高度兼容的药物合成. 克级规模的实验进一步证明了该方法的实用性.
图式23 光催化有机硫化试剂的亚砜化反应

Scheme 23 Sulfoxidation of organic sulfidation reagents via photocatalysis

2018年, 张荣华课题组[28]报道了一种可见光诱导、曙红Y催化N-丙炔基芳香胺68、二芳基碘盐69和双(二氧化硫)-1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷加合物(DABSO)的三组分反应, 一步合成了3-芳基磺酰喹啉衍生物70 (Scheme 24). 这一策略涉及的试剂绿色环保且价格便宜. 此外, 该策略对各种3-芳基磺酰喹啉70具有良好的官能团耐受性, 并且在克级规模的合成中也表现出了良好的产率.
图式24 可见光诱导多组分级联环化合成3-芳基磺酰喹啉衍生物

Scheme 24 Synthesis of 3-arylsulfonylquinoline derivatives via visible-light-induced multicomponent cascade cyclization

2018年, Manolikakes课题组[29]报道了一种二芳基碘盐71、芳基丙炔酸酯72和DABSO在可见光诱导下三组分反应合成磺酰化香豆素衍生物73的新颖方法(Scheme 25). 值得一提的是, 该方法在室温条件下进行, 且无需外源光催化剂. 使用无毒且环境友好的二芳基碘盐作为芳基自由基前体, 产生的芳基自由基和二氧化硫源原位生成磺酰基自由基.
图式25 可见光介导的三组分反应合成磺化香豆素

Scheme 25 Synthesis of sulfonylated coumarins via three component reaction mediated by visible light

同年, 该课题组[30]继续提出一种以二芳基碘盐74、N-芳基酰胺75和DABSO合成芳基磺酰化合物76的新策略(Scheme 26). 这一新颖的方法在温和条件下以中等至优异的产率获得各种3-((芳基磺酰)甲基)吲哚啉-2-酮76. 非对称二芳基碘盐也可作为高化学选择性的芳基转移试剂. 该反应对官能团具有广泛的耐受性, 且无需任何外加催化剂或光敏剂.
图式26 可见光诱导下的三组分反应合成磺化吲哚酮

Scheme 26 Synthesis of sulfonylated oxindoles via three component reaction induced by visible light

2019年, Volla课题组[31]开发了一种简单而有效的可见光介导的反应(Scheme 27), 通过硫酚77、二芳基碘盐78和DABSO的三组分串联反应合成了硫代磺酸盐79. 反应首先通过光催化在室温下产生芳硫自由基和芳磺酰自由基, 然后通过自由基与自由基偶联得到目标化合物.
图式27 硫酚、二芳基碘盐和DABSO的三组分偶联反应

Scheme 27 Three-component coupling of thiols, iodonium salts and DABSO

2020年, Piguel课题组[32]开发了一种可见光催化的咪唑杂环化合物的芳磺化反应(Scheme 28), 这是完全由可见光光氧化还原催化咪唑杂环化合物80、二芳基碘盐和DABSO的三组分磺化反应. 这一反应以二芳基碘盐81为偶联试剂, 为新型C(3)磺化咪唑杂环化合物82的合成提供了一条新途径.
图式28 可见光介导的各种吡咯[1,2-a]吡啶的磺化反应

Scheme 28 Sulfonylation of various pyrrolo [1,2-a]pyridines under visible-light

2020年, Volla课题组[33]报道了一种通过可见光介导二氧化硫插入N-芳基丙炔酰胺83的磺化螺环化反应(Scheme 29). 该反应是在无金属条件下进行的, 并认为芳基磺酰基自由基由DABSO原位形成. 遗憾的是, N-苄基丙烯酰胺未能与二芳基碘盐84有效地反应生成所需的产物85.
图式29 可见光介导N-芳基丙炔酰胺与二芳基碘盐的反应

Scheme 29 Visible light mediated reaction of N-arylpropiol- amides and diaryiodonium salts

2023年, 刘超课题组[34]报道了一种高效的无金属可见光诱导方案, 在光敏剂樟脑醌(CQ)和蓝光LED的照射下, 由二芳基碘盐86合成了各种芳基磺酰氟化物88 (Scheme 30). 其中二芳基碘盐作为芳基源, DABSO作为磺酰源, KHF2作为氟源. 值得注意的是, 二芳基碘盐芳基中取代基的电子效应对所需的氟磺酰化过程有很大影响. 吸电子取代基有利于形成相应的芳基自由基, 并以更高收率得到产物.
图式30 有机光催化二芳基碘盐的氟磺化反应合成芳基磺酰氟

Scheme 30 Synthesis of arylsulfonyl fluoride via organophotocatalytic fluorosulfonylation of diaryliodonium salts

2023年, Murarka课题组[22]报道了一种有机光氧化还原催化Morita-Baylis-Hillman (MBH)酯89、三氟甲磺酸二芳基碘盐90及DABSO的三组分串联反应, 该芳磺酰基化反应具有高的立体选择性, 以中等至良好的产率生成相应的三取代烯丙基砜91 (Scheme 31).
图式31 有机光氧化还原催化二芳基碘试剂的芳磺酰化反应

Scheme 31 Organophotoredox-catalyzed aryl sulfonylation of diaryliodonium reagents

2024年, 黄晓雷课题组[35]开发了一种二芳基碘盐93、DABSO和烯基硅醚化合物92的三组分磺酰化反应, 以良好的产率合成了各种β-酮砜94 (Scheme 32), 该反应涉及了SO2的插入过程. 在反应中蓝光诱导二芳基碘盐93产生芳基自由基, 芳基自由基被SO2捕获形成磺酰基自由基. 此外, 通过使用β-烷基取代的烯基硅醚作为底物, 磺酰化后将得到α-烷基取代的β-酮基砜94, 这是先前涉及插入SO2的方法难以获得的.
图式32 光氧化还原催化二芳基碘盐、DABSO和硅基烯醇化物的磺酰化反应

Scheme 32 Photoredox-catalyzed sulfonylation of diaryliodonium salts with DABSO and silyl enolates

2024年, Murarka课题组[36]报道了一种在光诱导和电子给体-受体(EDA)复合物的条件下, 使用DABCO作为单电子供体介导二芳基碘盐96产生芳基自由基的策略(Scheme 33). 在这个过程中, 生成的芳基自由基在有机硫化物形成的过程中被二硫化物捕获. 不同的二芳基碘盐96与一系列二硫化物95交叉偶联, 以中等至优异的产率提供大量不对称的二(杂)芳基硫醚化物97, 且反应中不需要任何金属和光催化剂. 该反应适用于后期官能团化和二硫化物的生物偶联, 有助于获得生物活性化合物和药物.
图式33 二芳基碘盐试剂在光活化作用下合成硫醚化合物

Scheme 33 Photoactivation of diaryliodonium reagents to synthesis of chalcogenides

2024年, Murarka课题组[19]报道了钌光氧化还原催化N'-芳基-N-丙烯酰腙98、二芳基碘盐99以及DABSO加合物之间的三组分芳基自由基级联反应, 以良好的产率合成了芳基磺酰化吡唑啉酮化合物100 (Scheme 34). 该反应表现出广泛的底物范围和高官能团耐受性.
图式34 钌光氧化催化芳磺酰腙的自由基级联反应生成功能化吡唑酮

Scheme 34 Ru-photoredox-catalyzed radical cascades of aryl sulfonylative to furnish functionalized pyrazolones

1.3 C—P键的构建

2018年, Lakhdar课题组[37]报道了一种在碱和可见光存在的条件下, 通过二芳基碘盐101与亚磷酸酯102反应直接获取相关有机磷分子103的简便方法(Scheme 35). 作者已经采用核磁共振(NMR)、电子顺磁共振(EPR)光谱学以及密度泛函理论(DFT)计算进行了机理研究, 从而对影响这种光反应的因素有了合理的理解. 这一反应条件温和, 对各种官能团具有高耐受性, 还可用于相关药物化合物的合成.
图式35 无金属可见光介导芳基膦酸盐的合成.

Scheme 35 Visible-light-mediated metal-free synthesis of aryl phosphonates

2019年, Karchava课题组[38]报道了一种在温和条件下无需光催化剂实现叔膦105与三氟甲磺酸二芳基碘盐104的芳基化反应, 高效合成季膦盐106的方法(Scheme 36). 这一方法显示出对官能团的高耐受性、广泛的适用范围以及芳基基团转移的高化学选择性, 尤其适用于在基于金属催化的方法中具有挑战性的空间拥挤的膦. 光激发的电子给体-受体(EDA)复合物可能促进了这一转化过程.
图式36 叔膦与三氟甲磺酸二芳基碘盐的芳基化反应

Scheme 36 Arylation of tertiary phosphines with diaryliodonium triflates

2023年, Karchava课题组[39]开发了一种利用芳基碘盐107合成取代叔芳基氧化膦、芳基次膦和芳基膦酰胺109的反应(Scheme 37). 该反应涉及P—N键的氧化断裂以及原位生成的氨基磷盐在碱性条件下发生水解等过程.
图式37 电子供体-受体配合物引发二芳基碘盐的磷芳基化反应合成氧化膦

Scheme 37 EDA-complex initiated phosphorus arylation of diaryliodonium salts to synthesize phosphine oxides

2 无可见光诱导的自由基芳基化反应

2016年, Studer课题组[40]证实了2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基钠(TEMPONa)能够介导二芳基碘盐110产生芳基自由基, 通过这种方式可以进行苯乙烯111的氧化芳基化反应(Scheme 38), 并以中等到良好的产率获得产物112. DFT计算表明, 芳基自由基的生成是通过联合电子转移实现的, 而二芳基碘盐与TEMPONa的反应形成了反应中重要的中间体.
图式38 四氟硼酸二芳基碘盐与苯乙烯的氧化芳基化反应

Scheme 38 Oxyarylation of diaryliodonium tetrafluoroborates and styrenes

2016年, 焦丽娟课题组[41]通过碱介导的B-N杂环的选择性C—H芳基化反应, 将一系列三氟甲磺酸二芳基碘盐114应用于单体和双芳基氟硼二吡咯化合物(BODIPY)的合成中(Scheme 39). 非对称二芳基碘盐也是可行的试剂, 且在无金属条件下, B-N杂环可以选择性地转移到空间位阻小或缺电子的芳基部分. 作者基于自由基抑制剂的控制实验和DFT计算, 提出了一个自由基反应路径. 通过改变二芳基碘盐官能团, 所得到的不同的产物115在广泛的光谱范围内展现出强烈的吸收和荧光发射.
图式39 碱介导的C—H官能化合成α-选择性芳基化二氟硼化物

Scheme 39 Direct α-selective arylation of difluoroboronates via base-mediated C—H functionalization

2017年, 姜雪峰课题组[42]开发了一种新的合成途径来获得二芳基环砜分子118 (Scheme 40). 反应利用环二芳基碘(III)盐116产生自由基, 以驱动Na2S2O5生成磺酰基自由基, 从而实现SO2/碘交换反应. 易得的无机盐Na2S2O5可以作为安全、方便的SO2替代物. 通过该反应成功构建了许多具有不对称官能团的新型π-共轭分子, 这些分子作为有机发光二极管(OLED)材料分子具有极大的潜力.
图式40 环二芳基碘盐构建功能化环砜

Scheme 40 Construction of functionalized annulated sulfones from cyclic diaryliodonium salts

2020年, 陈超课题组[43]开发了二芳基碘盐119和乙烯基频哪醇硼酸酯120的C—H键选择性芳基化反应(Scheme 41). 所得到的芳基烯基硼酸盐还可以继续与剩余的芳基碘化物(由二芳基碘盐生成)发生Suzuki偶联反应生成官能化烯烃. 相关的机理实验和密度泛函理论(DFT)研究揭示多功能湿碳酸盐促进了二芳基碘盐的芳基化过程.
图式41 湿碳酸盐促进烯基嚬哪醇硼酸酯和二芳基碘盐的自由基芳基化反应

Scheme 41 Wet salt carbonate-promoted radical arylation of vinyl pinacolboronates with diaryliodonium salts

2020年, 韩建伟课题组[44]利用邻芳基磺酰胺取代的二芳基碘盐122, 通过自由基诱导策略, 在三乙胺作用下通过脱磺酰基/芳基迁移级联过程, 高效构建位阻型联苯胺骨架(Scheme 42). 该反应具有底物范围广、官能团耐受性好等特点. 芳基化产物123很容易转换成各种重要的合成子.
图式42 芳基自由基诱导二芳基碘盐的异位取代反应

Scheme 42 Aryl radical-induced desulfonylative ipsosubstitution of diaryliodonium salts

2021年, 韩建伟课题组[45]利用二芳基碘盐125开发了钯催化的芳基羧酸124的C(2)芳基化/分子内酰化反应(Scheme 43). 该工艺在一锅中形成两个化学键, 具有良好的步骤经济性. 在特定条件下, 以丰富的芳基羧酸124为原料, 通过化学选择性转化可以高效合成官能团丰富的芴酮和苯并芴酮化合物126.
图式43 钯催化芳基羧酸的C(2)-芳基化/分子内酰化反应

Scheme 43 Palladium-catalyzed C(2)-arylation/intramolecular acylation of arylcarboxylic acids

2022年, 莫冬亮课题组[46]利用N-羟基吲唑127和二芳基碘盐128在无过渡金属参与条件下的O-芳基化以及[3,3]重排反应, 以中等到良好的产率制备了各种功能化的3-(2-羟基)吲唑129和N-(四氢呋喃-2-基)-3-(2-羟基芳基)吲唑130 (Scheme 44). 产物结构受二芳基碘盐用量的控制. 该反应具有广泛的底物范围和良好的官能团耐受性, 并能进行克级规模制备. 机理研究表明, [3,3]重排涉及的N—O键断裂是一个分子间的自由基重排过程.
图式44 O-芳基化/[3,3]重排反应合成2-羟基芳基吲唑

Scheme 44 O-Arylation and [3,3]-rearrangement for synthesis of 3-(2-hydroxyaryl)indazoles

3 结论与展望

二芳基碘盐是一种可通过芳基自由基机理进行芳基化反应的有效试剂, 它与不同试剂反应, 能够成功构建多种C—X (X=C、S、P等)键. 反应机理一般涉及二芳基碘盐对光催化剂的氧化猝灭过程. 二芳基碘盐的芳基自由基过程已被广泛应用于有机合成中, 特别是一些复杂天然产物和药物等的合成.
尽管目前二芳基碘盐通过芳基自由基机理进行的芳基化反应已取得不错的进展, 但其在有机合成中的转化与应用仍面临挑战, 尚有若干问题亟待解决. 如可见光诱导的芳基化反应在无催化剂条件下构建更多类型的碳杂键(如C—N、C—Si、C—O和C—Se键等). 特别是利用二芳基碘盐作为芳基自由基前体的对映选择性芳基化反应, 仍然有待开发和探索. 此外, 更加绿色环保的自由基芳基化反应也值得进一步关注, 特别是二芳基碘盐在电化学催化或机械搅拌等条件中的应用, 这些都是未来值得深入探索的领域. 我们相信, 随着化学家们的不断努力下, 以上问题将在未来得到有效解决, 二芳基碘盐的芳基化反应也将取得更大的突破.
(Zhao, C.)

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