石河子大学刘平教授课题组：铜催化的苯并噻唑逐步有氧氧化/N-芳基化反应

噻唑烷酮含有氮、硫和氧杂原子，决定了它们电子丰富，容易形成非共价键相互作用，如氢键、与非金属离子的配位、π-π积聚、静电和疏水相互作用。特别是苯并噻唑啉-2-酮的各种物理化学特性决定了它在化学、制药、生物和材料科学等许多领域的广泛应用。因此，有效合成苯并噻唑啉-2-酮衍生物受到广泛关注。迄今为止，构建苯并噻唑啉-2-酮骨架的方法主要有以下几种：(i)苯并噻唑与定向基团的羟基化反应；(ii)通过单击或级联反应对正交取代的苯基噻吩进行环加成反应；(iii)苯基异氰酸酯的简便双硫化和取代正金属化反应；(iv)苯并噻唑啉-2-酮的去保护反应；N-芳基硫代氨基甲酰氟与H2O的钴催化水解/C-H硫代反应。然而，这些合成苯并噻唑啉-2-酮的方法经常使用气味难闻的有毒试剂、苛刻而危险的反应条件、不易获得的原材料或缺乏原子经济性。因此，直接氧化苯并噻唑啉成为合成苯并噻唑啉-2-酮的另一条途径。

近日，石河子大学刘平教授课题组报告一种3-芳基苯并噻唑啉-2-酮化合物的高效合成方法。首先，在CuCl2和三氟乙酸酐存在下，取代的苯并噻唑可顺利氧化为苯并噻唑啉-2-酮衍生物。其次，在Cu2S催化下，苯并噻唑啉-2-酮与芳基硼酸发生N-芳基化反应，产生了一系列新型3-芳基苯并噻唑啉-2-酮衍生物。该方法对多种底物都有很好的产率，并显示出与官能团的良好兼容性。3-芳基苯并噻唑啉-2-酮的衍生化进一步说明了该骨架的用途。机理研究表明，苯并噻唑的氧化可能经历了一个自由基反应过程（图1-4）。

图1. 取代苯并噻唑的氧化反应

图2. 苯并[d]噻唑-2(3H)-酮衍生物的N-芳基化的反应

图3. 克级规模反应及衍生化反应

图4. 可能的反应机理

在控制实验的基础上，作者提出了该反应的可能机理如图4所示。首先，用三氟乙酸酐和CuCl2处理苯并噻唑，得到铜(II)配合物（I）。中间体(I)与O2反应生成Cu(III)-过氧配合物（II）。自由基环化导致配体脱落三氟乙酸自由基，形成过羧酸中间体（III），随后生成的铜氧中间体（IV）与苯并噻唑配体发生羟基化反应，生成中间体2-羟基苯并噻唑，并脱落三氟乙酸负离子。2-羟基苯并噻唑异构化得到产物2a，CuCl2进入下一个催化循环。

论文信息：

Copper-Catalyzed Stepwise Aerobic Oxidation/N-Arylation from Benzothiazole

Li Chen, Xuezhen Li, Keliang Xu, Qi Xu, Yan Liu, Prof. Ping Liu

论文第一作者石河子大学在读硕士生陈丽，通讯作者为许琪副教授、刘岩教授和刘平教授。

European Journal of Organic Chemistry

DOI: 10.1002/ejoc.202200064

来源：Chem. Eur. J.

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