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有機疊氮化物是現代合成化學中通用性極強的官能團。傳統疊氮制備方法有諸多缺陷:烷基鹵化物 / 磺酸酯與疊氮化鈉親核取代,無機疊氮化物易爆、有毒,存在安全隱患。重氮轉移法(胺直接轉疊氮),原子經濟性更優,但常用試劑(三氟甲磺酰疊氮 TfN?)易爆、需金屬催化、需酸性條件下過量 NaN?制備,毒性與安全風險高;咪唑鎓磺酰疊氮鹽酸鹽成本高且有爆炸風險;氟磺酰疊氮 FSO?N?仍需疊氮鹽合成,且化學選擇性差,對脂肪族、芳香族胺無差別反應。
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近期,北京化工大學丁勝濤團隊報道了利用商用芳基磺酰疊氮化物TsN?在溫和條件下,可高效將脂肪族伯胺轉化為疊氮化物;該重氮轉移反應對脂肪族氨基表現出顯著優先性,優于芳香族氨基。這種化學選擇性可一步合成同時含疊氮基與苯胺基的雙官能團分子,為化學生物學與材料修飾領域提供實用、可規模化制備的正交 “可點擊” 砌塊合成路線。【J. Org. Chem. 2026, 91, 4082–4090;https://doi.org/10.1021/acs.joc.5c03200】
反應條件優化
以對甲氧基芐胺與 TsN?為模型底物,系統篩選堿、當量、溶劑、反應時間。
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堿的關鍵作用:無堿時乙腈中無產物;DBU(1,8 - 二氮雜雙環 [5.4.0] 十一碳 - 7 - 烯)效果最優,1.5 當量 DBU、乙腈、室溫、1 小時,目標產物收率97%。三乙胺、二異丙基乙胺收率僅 5%、6%;TBD、TMG 收率 65%、87%;NaOH、K?CO?收率 75%、89%。
溶劑兼容性:THF(92%)、EtOAc(87%)、DMF(90%)、DMSO(60%)均適用;純水體系收率 71%,乙腈 - 水混合體系(4:1、2:1)收率 91%、90%(Entries 16-17),可兼容水相條件。
替代試劑:p-ABSA 在最優條件下同樣高效,收率 90%(Entry 18)。
最優標準條件:胺(1.0 eq)、TsN?(1.5 eq)、DBU(1.5 eq)、乙腈(0.3 M)、室溫、空氣下攪拌。
底物適用范圍 在最優反應條件下,對底物適用范圍進行篩選。
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芐胺類:含給電子 / 吸電子取代基均兼容,產物 1-10 收率67%-97%;鄰位烷氧基取代底物收率略降(產物 9,67%)。
N-雜環脂肪胺:吲哚、吡嗪、苯并咪唑類底物高效反應,產物 12-16 收率60%-98%。
Boc保護胺:兼容Boc基團,產物 18、19 收率80%-93%,可制備疊氮 - 氨基雙官能砌塊。
大位阻胺:α- 仲 / 叔脂肪胺、金剛烷胺類底物,產物 20-32 收率最高93%;鄰位未保護羥基會降低活性(產物 22,40%),硅基保護后收率提升至 80%(產物 23)。
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生物活性胺:勒胺、氨氯地平、阿格列汀、3'- 氨基 - 3'- 脫氧胸苷、金剛乙胺均成功轉化,產物 33-37 收率73%-95%。
氨基酸類:苯丙氨酸、色氨酸、賴氨酸需 3.0 當量 DBU,產物 38-43 收率66%-82%;賴氨酸兩個氨基均可轉化,實現氨基酸后期修飾。
芳香族胺底物(反應性極差,體現選擇性):苯胺本身無產物;對甲基苯胺僅 15% 收率(產物 45);對甲氧基苯胺 50% 收率(產物 46);對氰基苯胺完全不反應。雜芳基胺同樣難以轉化,證實對芳香族胺惰性。
化學選擇性合成雙官能砌塊: 同時含脂肪族氨基與芳香族氨基的底物(對氨基芐胺、間氨基芐胺、鄰氨基芐胺),僅脂肪族氨基發生反應,芳香氨基保留,產物 48-50 收率88%-90%,實現高選擇性一步制備疊氮 - 苯胺砌塊。
放大合成與應用拓展
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克級放大:4 - 氨基苯乙胺 10 mmol 規模反應,1 小時收率91%(產物 51);對比 FSO?N?僅 7% 收率,凸顯本方法選擇性優勢。
傳統方法缺陷:產物 51 既往制備需高溫、多步(總反應 78 小時)、收率低,本方法一步、溫和、高收率解決。
正交衍生化應用: 1、苯胺基參與 ,收率 90%(產物 52),疊氮基參與 CuAAC 點擊反應,收率 84%(產物 53); 2、苯胺基縮合-環氧開環引入炔基,收率 74%-86%(產物 54-55),疊氮基參與 IrAAC 環加成,收率 77%(產物 56)。 實驗操作
通用步驟 A(標準條件):室溫下,胺(0.5 mmol,1.0 eq)、磺酰疊氮(0.75 mmol,1.5 eq)、DBU(0.75 mmol,1.5 eq)溶于乙腈(1.5 mL,0.3 M),TLC 監測反應完全后,減壓濃縮,硅膠柱層析純化。
通用步驟 B(羧酸 / 大位阻底物):DBU 用量提升至 3.0 當量,其余同步驟 A。
安全提示:芳基磺酰疊氮需在通風櫥、防護屏后操作,避免接觸金屬與加熱;含疊氮反應液不可蒸干,廢棄物按規程中和。
本文建立了溫和、無金屬的重氮轉移方法,采用 商用芳基磺酰疊氮化物TsN? ,高效將脂肪族伯胺轉化為疊氮化物,對芳香族胺具有高化學選擇性。該方法規避了傳統重氮轉移試劑的安全與操作局限,底物范圍廣泛;其選擇性可直接制備疊氮-苯胺骨架,可放大合成并通過多重正交點擊反應衍生化,為合成化學與化學生物學提供實用、通用的 “可點擊” 砌塊合成平臺。
參考資料:Chemoselective Diazotransfer of Primary Aliphatic Amines into Azides Using Commercial Aryl Sulfonyl Azides;Linlin Xu, Ningning Song, Yu Wang, Xiu Wang, and Shengtao Ding*; J. Org. Chem. 2026, 91, 4082–4090;https://doi.org/10.1021/acs.joc.5c03200
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