卤化铵催化氧化磺酰亚胺为哑嗪的方法研究

引用本文: 姚秋丽, 黄晓丽, 蒲家志, 席先秀, 方学红, 赵玲, 麦有群, 贺春阳. 卤化铵催化氧化磺酰亚胺为哑嗪的方法研究[J]. 有机化学, 2017, 37(1): 116-121. doi: 10.6023/cjoc201606005 shu

Citation: Yao Qiuli, Huang Xiaoli, Pu Jiazhi, Xi Xianxiu, Fang Xuehong, Zhao Ling, Mai Youqun, He Chunyang. Study of Oxidation of N-Sulfonylimines into Oxaziridines Catalyzed by Ammonium Halides[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, 2017, 37(1): 116-121. doi: 10.6023/cjoc201606005 shu

卤化铵催化氧化磺酰亚胺为哑嗪的方法研究

遵义医学院药学院遵义 563000

通讯作者: 姚秋丽, E-mail: yaoqiuli@zmc.edu.cn

基金项目:
贵州省科技创新团队 [2014]4002

贵州省联合基金 [2014]7542

遵义医学院 F-627

国家自然科学基金 21462056

贵州省大学生创新计划 201413653013

摘要: 首次系统地研究了卤化铵催化的间氯过氧苯甲酸氧化磺酰亚胺为哑嗪的方法.四乙基卤化铵(包括四乙基碘化铵及四乙基氯化铵)和四甲基卤化铵(包括四甲基碘化铵、四甲基溴化铵、四甲基氯化铵)被首次应用于催化氧化一系列磺酰亚胺为相应的哑嗪, 可获得很高的产率.研究结果表明铵盐上氮原子的取代基对反应产率的影响是关键的, 而卤素离子的影响较小.为哑嗪的合成提供了一种高产率、简便的方法.

关键词:

English

Study of Oxidation of N-Sulfonylimines into Oxaziridines Catalyzed by Ammonium Halides

School of Pharmacy, Zunyi Medical University, Zunyi 563000

Corresponding author: Yao Qiuli, yaoqiuli@zmc.edu.cn

Received Date: 02 June 2016
Revised Date: 18 September 2016
Fund Project:
the Science and Technology Foundation of Guizhou Province

the Science and Technology Foundation of Guizhou Province

the Zunyi Medical University

the National Natural Science Foundation of China

the Education Department of Guizhou Province

Abstract: The method of oxidation of N-sulfonylimines to N-sulfonyloxaziridines with m-chloroperbenzoic acid catalyzed by ammonium halides was systematically investigated for the first time. Tetraethylammonium halides (Et₄NI or Et₄NCl) and tetramethylammonium halides (Me₄NI, Me₄NBr or Me₄NCl) were firstly used to catalyze the oxidation of a series of N-sulfonylimines to the corresponding N-sulfonyloxaziridines in excellent yields. The experimental results showed that the alkyl group of the ammonium had significant influence on the reaction, whereas the halide ions had lesser influence on the reaction. Thus the research has provided a simple procedure for the preparation of oxaziradine with excellent yields.

Key words:

图1 哑嗪及N-磺酰基哑嗪的结构

Figure 1. Structure of oxaziridine and N-sulfonyloxaziridine

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哑嗪是一类含有氮、氧双杂原子的三元杂环(图 1), 由于其独特的化学及生物学性质已经被广泛地关注^[1~3].

在这些哑嗪当中, N-磺酰基哑嗪(图 1), 亦称为“Davis’ oxaziridines”, 在有机化学反应当中应用最为广泛, 它可有效地转移亲电性的氧和(或)氮基团到一系列的底物当中, 包括取代的烯烃^[4~6]、硫醚^{[7, 8]}、胺^[9]、烯胺^[10]、羰基化物^[11~14]、烷烃^{[15, 16]}或烷氧化物^[17], 这一类哑嗪的反应具有特殊的选择性^{[18, 19]}, 结构也较稳定, 较容易合成.其合成的方法大多是基于1977年以来Davis小组^[20]所发展的间氯过氧苯甲酸(mCPBA)或过硫酸氢钾氧化磺酰亚胺为哑嗪的方法.在mCPBA氧化的方法当中, 通常需要加入碱, 如氢氧化钾^{[21, 22]}, 不过在上述碱性条件下, 底物磺酰亚胺容易分解, 因而产率较低, 针对该问题, 在文献中苄基三乙基氯化铵被用作相转移催化剂来催化上述反应, 可获得良好的产率^[23~27].不过, 未见其他类似的铵盐催化上述反应的报道, 铵盐的结构对该相转移催化反应的结果有什么影响是未知的.考虑到上述问题, 以及本课题组对哑嗪的需要, 而哑嗪价格极其昂贵, 我们决定研究一系列卤化铵催化的相转移反应来合成N-磺酰基哑嗪, 以获得一种成本低、产率高、简便的方法学.

1 结果与讨论

基于上述思考, 具有不同阴离子的Et₄NCl被应用于上述反应, 同样获得很高的产率(96%, 表 1, Entry 8).而铵盐上取代基为更小的甲基的催化剂Me₄NI、Me₄NBr及Me₄NCl (表 1, Entries 9~12), 对于底物1a, 三者的产率均类似, 为90%~91%;而对于底物1b, 当使用1.4 equiv.的mCPBA作为氧化剂时, Me₄NI作为催化剂能获得定量的核磁产率及96%的分离产率.上述结果也进一步验证了卤素原子对产率的影响较小, 而小取代基的四乙基卤化铵及四甲基卤化铵由于其取代基较小, 在相转移催化反应中底物与氧化剂的作用更加充分, 转化率更高.催化剂铵盐的作用可能是促使水相中离子化的mCPBA能够与有机相中的底物亚胺有效地接触, 促使“氧转移”到亚胺, 形成哑嗪.该氧化反应“氧转移”的过程是分步进行的^[29], 即过氧酸的氧负离子进攻亚胺的碳氮双键之后形成N^-中间体, 后者进攻过氧键, 促使产物哑嗪及羧酸盐的形成(Scheme 1).

基于上述四乙基卤化铵及四甲基卤化铵所获得的优秀结果, 我们进一步考察Et₄NI、Me₄NI及Me₄NBr作为相转移催化剂的底物适用性(表 2).芳环上含有4-氯、2, 4-二氯、4-溴、3-氯、4-氰基、4-氟或4-硝基取代基的苯磺酰亚胺或对甲苯磺酰亚胺1被转化为2, 产率均很高(84%~＞99%), 并且从核磁上判断, 所有的产物均为E式.在这些反应中, 如果使用4.8 mmol的1f或5.2 mmol的1h(表 2, Entries 5、7、14、16), 需要使用6.5 mmol的mCPBA才能使得原料完全转化, Et₄NI催化的产率为88%, Me₄NI的产率为92%~98%.对于部分反应, 需要使用1.4 equiv.的mCPBA (表 2, Entries 11, 13, 15).在大多数情况下, Me₄NI比Et₄NI的产率要高(表 2 Entry 1 vs.表 1 Entry 10; 表 2, Entries 3 vs. 12, 5 vs. 14, 6 vs. 15, 7 vs. 16, 8 vs. 17, 10 vs. 19), 因此, 对于大部分亚胺1而言, 小取代基的卤化铵催化效果比大取代基的优.

接下来, 我们选取了多种商品化且廉价的卤化铵(0.12 equiv.)作为催化剂, 应用于筛选mCPBA (75%, 1.3 equiv.)氧化磺酰亚胺1为哑嗪2的反应(表 1), 以饱和碳酸氢钠水溶液为碱, 氯仿为溶剂, 在0~5 ℃下反应2小时.其中, 催化剂Bu₄NCl、Bu₄NBr及Bu₄NI均得到中等的产率(表 1, Entries 2~4);而Bu₄NF (1 mol•L^-1的THF溶液)及Me₄NOH得到的产率相对较高(分别是81%、78%, 表 1, Entries 1, 5);催化剂Et₄NI的产率最高, 核磁鉴定产率为定量, 而BnEt₃NCl得到的产率是89%(表 1, Entries 6, 7).

图图式1 可能的反应机理

Figure 图式1. Probable mechnism

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从上述结果可以看出, Et₄NI在催化1a为2a的反应当中产率是最理想的, 与Bu₄NI相比, 产率相差较大, 上述结果促使我们对比这两种催化剂:二者的结构仅仅是氨基的取代基不同, 小的乙基取代基效果明显优于较大的取代基正丁基.而表 1 Entries 2~4当中Bu₄NCl、Bu₄NBr及Bu₄NI均得到类似的产率, 这表明卤素阴离子对产率的影响较小.

表1 卤化铵催化磺酰亚胺1氧化为哑嗪2的条件筛选^a Table1. Screening of oxidation of N-sulfonylimines 1 to oxaziridines 2 catalyzed by ammonium halides

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Entry	Substrate	Product	Catalyst	Yield^b/%
1	1a	2a	Bu₄NF^c	81
2	1a	2a	Bu₄NCl	56
3	1a	2a	Bu₄NBr	62
4	1a	2a	Bu₄NI	59
5	1a	2a	Me₄NOH	78
6	1a	2a	BnEt₃NCl	89
7	1a	2a	Et₄NI	＞99
8	1a	2a	Et₄NCl	96
9	1a	2a	Me₄NI	90
10^d	1b	2b	Me₄NI	＞99(96)
11	1a	2a	Me₄NBr	91
12	1a	2a	Me₄NCl	90
^a反应条件: 1(4.5 mmol), 卤化铵作为催化剂(0.54 mmol, 0.12 equiv.), mCPBA (5.9 mmol, 75%, 1.3 equiv.), 饱和NaHCO₃(5 mL), CHCl₃(29 mL), 0~5 ℃, mCPBA加完后再反应2 h; ^b产率用1, 3, 5-三甲苯作为内标, 以核磁氢谱确定, 括号内的数值为柱层析分离产率; ^c使用1 mol•L^-1的THF溶液; ^d使用6.5 mmol的mCPBA.

表1 卤化铵催化磺酰亚胺1氧化为哑嗪2的条件筛选^a
Table1. Screening of oxidation of N-sulfonylimines 1 to oxaziridines 2 catalyzed by ammonium halides

首先, 磺酰亚胺1可通过醛与磺酰胺缩合来合成^[28](Eq. 1).

表2 磺酰亚胺1转化为哑嗪2的反应底物考察^a Table2. Reaction scope of oxidation of N-sulfonylimines 1 to oxaziridines 2

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Entry	Substrate	Product	Catalyst	Yield^b/%
1	1b	2b	Et₄NI	92(90)
2	1c	2c	Et₄NI	＞99 (95)
3	1d	2d	Et₄NI	91(90)
4	1e	2e	Et₄NI	96(97)
5^c,d	1f	2f	Et₄NI	88
6	1g	2g	Et₄NI	95(89)
7^d,e	1h	2h	Et₄NI	88
8	1i	2i	Et₄NI	90
9	1j	2j	Et₄NI	＞99
10	1k	2k	Et₄NI	84
11^d	1c	2c	Me₄NI	88
12	1d	2d	Me₄NI	96
13^d	1e	2e	Me₄NI	92(97)
14^c,d	1f	2f	Me₄NI	92(95)
15^d	1g	2g	Me₄NI	＞99 (93)
16^d,e	1h	2h	Me₄NI	96(98)
17	1i	2i	Me₄NI	93(93)
18	1j	2j	Me₄NI	86
19	1k	2k	Me₄NI	90
20	1l	2l	Me₄NI	87
21	1m	2m	Me₄NI	93
22	1n	2l	Me₄NI	85
23	1l	2l	Me₄NBr	85
24	1m	2m	Me₄NBr	＞99
25	1n	2l	Me₄NBr	88
^a反应条件: 1(4.5 mmol), Et₄NI、Me₄NI或Me₄NBr作为催化剂(0.54 mmol, 0.12 equiv.), mCPBA (5.9 mmol, 75%, 1.3 equiv.), 饱和NaHCO₃(5 mL), CHCl₃(29 mL), 0~5 ℃, mCPBA加完后再反应2 h; ^b产率用1, 3, 5-三甲苯作为内标, 以核磁氢谱确定, 括号内的数值为柱层析分离产率; ^c使用4.8 mmol的1f; ^d使用6.5 mmol的mCPBA; ^c使用5.2 mmol的1h.

表2 磺酰亚胺1转化为哑嗪2的反应底物考察^a
Table2. Reaction scope of oxidation of N-sulfonylimines 1 to oxaziridines 2

2 结论

综上所述, 本研究首次系统地研究了一系列商品化廉价的卤化铵作为相转移催化剂催化磺酰亚胺转化为哑嗪的反应.实验结果证明, 具有小取代基的四乙基卤化铵以及四甲基卤化铵在温和的条件下能以很高的产率合成一系列不同取代的哑嗪2.研究结果也表明铵盐上氨基的取代基对反应产率的影响是关键的, 而卤素阴离子的影响较小; 除了四乙基碘化铵、四甲基碘化铵及四甲基溴化铵之外, 其它催化剂, 包括四乙基氯化铵和四甲基氯化铵均可用于高产率地合成哑嗪2中.因此, 本研究为哑嗪的合成提供了一种高产率的、简便的方法.

3 实验部分

3.1 仪器与试剂

核磁共振仪为Agilent-NMR-vnmrs 400型, 以CDCl₃为溶剂, TMS为内标; 高分辨质谱仪型号为Thermo Scientific LTQ Or-bitrap XL型(ESI-HRMS); 熔点用SGWX-4显微熔点仪测试.薄层层析板和硅胶购自青岛海洋化工厂.所用试剂为分析纯或化学纯级别, 获得后不纯化直接使用.

3.2 实验方法

3.2.2 卤化铵催化下化合物1转化为2的反应

3-(4-氯)苯基-2-(4-甲基)苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2d)^[39]:白色固体, 熔点99~100 ℃(文献值94~95 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 7.91(d, J=8 Hz, 2H), 7.40(d, J=8 Hz, 2H), 7.35(s, 4H), 5.44 (s, 1H), 2.45(s, 3H); ¹³C NMR (CDCl₃, 100 MHz) δ: 146.6, 137.5, 131.2, 130.1, 129.6, 129.4, 129.1, 129.0, 75.6, 21.8.

3-(4-氟)苯基-2-(4-甲基)苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2m)^[42]:白色固体, 熔点101 ℃(文献值65~66 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 7.92(d, J=8 Hz, 2H), 7.44~7.40(m, 4H), 7.07(t, J=8 Hz, 2H), 5.44(s, 1H), 2.47 (s, 3H); ₃^{13C
NMR (CDCl}, 100 MHz) δ: 164.6(d, J=250 Hz), 146.5(s), 131.3(s), 130.4(d, J=9 Hz), 130.1(s), 129.4(s), 126.5(d, J=3 Hz), 116.0(d, J=3 Hz), 75.7(s), 21.8(s).

辅助材料(Supporting Information) 新化合物2e~2j的谱图.这些材料可以免费从本刊网站(http://sioc-journal.cn/)上下载.

3-苯基-2-(4-甲基)苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2b)^[37]:白色固体, 熔点85~88 ℃(文献值86~88 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 7.94(d, J=8 Hz, 2H), 7.54~7.32(m, 7H), 5.47(s, 1H), 2.46(s, 3H); ¹³C NMR (CDCl₃, 100 MHz) δ: 146.5, 131.4, 131.4, 130.6, 130.1, 129.4, 128.8, 128.2, 76.4, 21.8.

3-(2, 4-二氯)苯基-2-苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2e):白色固体, 熔点73~74 ℃; ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 8.02(d, J=8 Hz, 2H), 7.73(t, J=4 Hz, 1H), 7.60(t, J=8 Hz, 2H), 7.35(s, 1H), 7.18(q, J=8 Hz, 2H), 5.81(s, 1H); ₃^{13C
NMR (CDCl}, 100 MHz) δ: 137.6, 135.5, 135.3, 133.9, 129.5, 129.5, 129.5, 129.4, 127.8, 127.2, 73.2; HRMS (MALDI)calcd for C₁₃H₁₀Cl₂NO₃S (M+H)⁺ 329.97530, found 329.97458.

取50 mL干燥的蛋形瓶, 依次加入饱和碳酸氢钠(5 mL)、卤化铵(0.55 mmol)、上述化合物1(4.5 mmol)和三氯甲烷(4 mL), 再用滴液漏斗在1 h左右缓慢加入间氯过氧苯甲酸(1366 mg, 5.5 mmol)与三氯甲烷(15 mL)的混合溶液, 再在0 ℃下继续剧烈搅拌反应2 h.用TLC检测反应完后, 分出水相, 有机相依次用6 mL 10%碳酸氢钠、3 mL饱和食盐水洗, 再用无水碳酸钾干燥2 h, 将有机相浓缩得到产物2.粗产物通过核磁氢谱, 加入1, 3, 5-三甲苯作为内标测定核磁产率, 或通过快速柱层析(100~200目)纯化[V(石油醚):V(乙酸乙酯)=22:1~15:1].

3-(3-氯)苯基-2-(4-甲基)苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2k)^[41]:白色固体, 熔点82~83 ℃; ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 7.92(d, J=8 Hz, 2H), 7.43~7.40(m, 4H), 7.35~7.33(m, 2H), 5.42(s, 1H), 2.49(s, 3H); ₃^{13C
NMR (CDCl}, 100 MHz) δ: 146.6, 134.9, 132.6, 131.5, 131.2, 130.1, 130.0, 129.4, 128.1, 126.6, 75.4, 21.8.

3-(3-氯)苯基-2-苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2j):白色固体, 熔点67~68 ℃; ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 8.04(d, J=8 Hz, 2H), 7.70(t, J=8 Hz, 1H), 7.59(t, J=8 Hz, 2H), 7.38~7.36(m, 2H), 7.32~7.27(m, 2H), 5.48(s, 1H); ₃^{13C
NMR (CDCl}, 100 MHz) δ: 135.3, 134.8, 134.3, 132.5, 131.6, 130.1, 129.5, 129.4, 128.1, 126.7, 75.4; HRMS (MALDI)calcd for C₁₃H₁₁ClNO₃S (M+H)⁺ 296.01427, found 296.01361.

3-(4-甲基)苯基-2-(4-甲基)苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2g)^[39]:白色固体, 熔点97~99 ℃(文献值78~81 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 7.93(d, J=8 Hz, 2H), 7.40(d, J=8 Hz, 2H), 7.32(d, J=8 Hz, 2H), 7.19(d, J=8 Hz, 2H), 5.43(s, 1H), 2.46 (s, 3H), 2.36(s, 3H); ₃^{13C
NMR (CDCl}, 100 MHz) δ: 146.4, 141.7, 131.5, 130.0, 129.4, 129.4, 128.2, 127.6, 76.5, 21.8, 21.5.

3-(4-溴)苯基-2-(4-甲基)苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2i)^[39]:白色固体, 熔点112~113 ℃(文献值95~97 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 7.91(d, J=8 Hz, 2H), 7.50(d, J=8 Hz, 2H), 7.40(d, J=8 Hz, 2H), 7.28(d, J=8 Hz, 2H), 5.42(s, 1H), 2.45 (s, 3H); ₃^{13C
NMR (CDCl}, 100 MHz) δ: 146.6, 132.0, 131.2, 130.1, 129.8, 129.6, 129.4, 125.9, 75.7, 21.8.

3-(4-硝基)苯基-2-(4-甲基)苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2n)^[21]:白色固体, 熔点140~142 ℃(文献值141~143 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 8.24(d, J=8 Hz, 2H), 7.91(d, J=8 Hz, 2H), 7.63(d, J=8 Hz, 2H), 7.44(d, J=8 Hz, 2H), 5.56(s, 1H), 2.49 (s, 3H); ₃^{13C
NMR (CDCl}, 100 MHz) δ: 149.7, 146.9, 137.3, 131.0, 130.2, 129.4, 129.4, 123.9, 74.7, 21.9.

3-(4-氰基)苯基-2-(4-甲基)苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2l)^[21]:白色固体, 熔点124~126 ℃(文献值120~122 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 7.90(d, J=8 Hz, 2H), 7.69(d, J=8 Hz, 2H), 7.55(d, J=8 Hz, 2H), 7.43(d, J=8 Hz, 2H), 5.50(s, 1H), 2.49 (s, 3H); ₃^{13C
NMR (CDCl}, 100 MHz) δ: 146.8, 135.5, 132.5, 131.0, 130.2, 129.4, 128.9, 117.9, 115.1, 74.9, 21.9.

3-(2, 4-二氯)苯基-2-(4-甲基)苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2f)^[40]:白色固体, 熔点123~125 ℃; ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 7.91(d, J=8 Hz, 2H), 7.45~7.43(m, 3H), 7.24~7.18(m, 2H), 5.79(s, 1H), 2.47(s, 3H); ¹³C NMR (CDCl₃, 100 MHz) δ: 146.8, 137.5, 135.6, 130.8, 130.1, 129.6, 129.5, 129.5, 127.8, 127.3, 73.2, 21.8.

3-苯基-2-苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2a)^[25]:白色固体, 熔点97 ℃(文献值96~97 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 8.06(d, J=4 Hz, 2H), 7.74(t, J=8 Hz, 1H), 7.62(t, J=8 Hz, 2H), 7.48~7.38(m, 5H), 5.51(s, 1H); ¹³C NMR (CDCl₃, 100 MHz) δ: 136.1, 134.6, 131.5, 130.4, 129.4, 129.4, 128.8, 128.2, 76.3.

3-(4-氯)苯基-2-苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2c)^[38]:白色固体, 熔点108~109 ℃; ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 8.04(d, J=8 Hz, 2H), 7.74(t, J=8 Hz, 1H), 7.62(t, J=8 Hz, 2H), 7.36(s, 4H), 5.48(s, 1H); ¹³C NMR (CDCl₃, 100 MHz) δ: 137.6, 135.2, 134.4, 129.6, 129.5, 129.4, 129.1, 129.0, 75.6.

3-(4-溴)苯基-2-苯磺酰基-1, 2-哑嗪(2h)^[26]:白色固体, 熔点122~124 ℃(文献值124~125 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 8.04(d, J=8 Hz, 2H), 7.758(t, J=8 Hz, 1H), 7.63(t, J=8 Hz, 2H), 7.53(d, J=8 Hz, 2H), 7.30(d, J=8 Hz, 2H), 5.47(s, 1H); ₃^{13C
NMR (CDCl}, 100 MHz) δ: 135.2, 134.4, 132.0, 129.8, 129.5, 129.5, 129.4, 126.0, 75.7.

3.2.1 化合物1的合成

(E)-N-2, 4-二氯苯亚甲基-4-甲基苯磺酰胺(1f)^[33]: 14.179 g, 产率72%.白色固体, 熔点110 ℃(文献值111~113 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 9.44(s, 1H), 8.11(d, J=8 Hz, 1H), 7.92(d, J=4 Hz, 2H), 7.50(s, 1H), 7.38 (d, J=8 Hz, 2H), 7.33(d, J=8 Hz, 1H), 2.46(s, 3H).

(E)-N-4-氰基苯亚甲基-4-甲基苯磺酰胺(1l)^[35]: 14.842 g, 产率87%.白色固体, 熔点179 ℃(文献值172~173 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 9.05(s, 1H), 8.02(d, J=8 Hz, 2H), 7.88(d, J=8 Hz, 2H), 7.77(d, J=8 Hz, 2H), 7.36(d, J=8 Hz, 2H), 2.44(s, 3H).

(E)-N-4-氯苯亚甲基-4-甲基苯磺酰胺(1d)^[31]: 14.630 g, 产率83%.白色固体, 熔点171~172 ℃(文献值172 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 9.0(s, 1H), 7.88(d, J=8 Hz, 4H), 7.47(d, J=8 Hz, 2H), 7.36(t, J=8 Hz, 2H), 2.45(s, 3H).

(E)-N-苯亚甲基-4-甲基苯磺酰胺(1b)^[28]: 13.068 g, 产率84%.白色固体, 熔点129~131 ℃(文献值111 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 9.05(s, 1H), 7.92(t, J=8 Hz, 4H), 7.62(t, J=4 Hz, 1H), 7.50(t, J=4 Hz, 2H), 7.36(d, J=8 Hz, 2H), 2.45(s, 3H).

(E)-N-4-甲基苯亚甲基-4-甲基苯磺酰胺(1g)^[34]: 13.536 g, 产率87%.白色固体, 熔点114 ℃(文献值113~115 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 9.0(s, 1H), 7.89(d, J=8 Hz, 2H), 7.82(d, J=8 Hz, 2H), 7.35(d, J=8 Hz, 2H), 7.29(d, J=8 Hz, 2H), 2.44(s, 6H).

(E)-N-3-氯苯亚甲基-4-甲基苯磺酰胺(1k)^[32]: 16.568 g, 产率94%.白色固体, 熔点92 ℃(文献值98 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 8.98(s, 1H), 7.94(s, 1H), 7.89(d, J=8 Hz, 2H), 7.78(d, J=8 Hz, 1H), 7.58(d, J=8 Hz, 1H), 7.44(t, J=8 Hz, 1H), 7.36(d, J=8 Hz, 2H), 2.45(s, 3H).

(E)-N-苯亚甲基苯磺酰胺(1a)^{[28, 30]}: 11.630 g, 产率79%.白色固体, 熔点76~77 ℃(文献值77~80 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 9.08(s, 1H), 8.03(d, J=8 Hz, 2H), 7.94(d, J=4 Hz, 2H), 7.64(d, J=4 Hz, 2H), 7.58~7.50(m, 4H).

(E)-N-4-硝基苯亚甲基-4-甲基苯磺酰胺(1n)^[36]: 15.885 g, 产率87%.黄色固体, 熔点206 ℃(文献值205~207 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 9.10(s, 1H), 8.33(d, J=8 Hz, 2H), 8.11(d, J=8 Hz, 2H), 7.90(d, J=8 Hz, 2H), 7.38(d, J=8 Hz, 2H), 2.46(s, 3H).

(E)-N-4-溴苯亚甲基苯磺酰胺(1h)^[30]: 13.616 g, 产率71%.白色固体, 熔点204~205 ℃(文献值205~207 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 9.02(s, 1H), 8.02(d, J=8 Hz, 2H), 7.80(d, J=8 Hz, 2H), 7.66~7.64(m, 3H), 7.55(t, J=8 Hz, 2H).

(E)-N-4-溴苯亚甲基-4-甲基苯磺酰胺(1i)^[31]: 17.655 g, 产率87%.白色固体, 熔点180 ℃(文献值180~182 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 8.99(s, 1H), 7.89(d, J=8 Hz, 2H), 7.79(d, J=8 Hz, 2H), 7.64(d, J=8 Hz, 2H), 7.36(d, J=8 Hz, 2H), 2.45(s, 3H).

(E)-N-2, 4-二氯苯亚甲基苯磺酰胺(1e)^[32]: 15.269 g, 产率81%.白色固体, 熔点109 ℃(文献值113~115 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 9.46(s, 1H), 8.12(d, J=8 Hz, 1H), 8.03(d, J=8 Hz, 2H), 7.66(d, J=4 Hz, 1H), 7.58(t, J=8 Hz, 2H), 7.50(s, 1H), 7.34 (d, J=8 Hz, 1H).

(E)-N-4-氟苯亚甲基-4-甲基苯磺酰胺(1m)^[35]: 11.48 g, 产率69%.白色固体, 熔点112~113℃(文献值111~112 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 8.98(s, 1H), 7.94(d, J=8 Hz, 2H), 7.87(d, J=8 Hz, 2H), 7.33(d, J=8 Hz, 2H), 7.15(t, J=8 Hz, 2H), 2.41(s, 3H).

(E)-N-3-氯苯亚甲基苯磺酰胺(1j)^[34]: 12.756 g, 产率76%.白色固体, 熔点97 ℃(文献值97~99 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 9.02(s, 1H), 8.02(d, J=4 Hz, 2H), 7.95(s, 1H), 7.80 (d, J=4 Hz, 1H), 7.66(m, 1H), 7.59(m, 3H), 7.46(m, 1H).

取500 mL干燥的蛋形瓶, 在氩气保护下加入苯甲醛(6.7 mL, 66 mmol)、苯磺酰胺(9431 mg, 60 mmol)、苯(300 mL)和三氟化硼乙醚(0.75 mL, 6 mmol), 90~95 ℃下反应约16 h, 直至分水器分出大约1 mL水, TLC显示反应完全.浓缩反应液, 得到粗产物再在氩气保护下, 加入乙酸乙酯(50 mL)和正己烷(100 mL), 在85 ℃下完全溶解, 冷却至室温后置于-20 ℃冰箱, 次日过滤得到产物亚胺1a^[28].类似地可合成1e和1g.上述反应溶剂苯换为甲苯, 在120 ℃下反应约9 h, 类似地合成1b~1d, 1f, 1h~1n.

(E)-N-4-氯苯亚甲基苯磺酰胺(1c)^[30]: 14.264 g, 产率85%.白色固体, 熔点189 ℃(文献值190~192 ℃); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 9.03(s, 1H), 8.02(d, J=8 Hz, 2H), 7.88(d, J=8 Hz, 2H), 7.66(t, J=8 Hz, 1H), 7.57(t, J=8 Hz, 2H), 7.48(d, J=8 Hz, 2H).

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图 1 哑嗪及N-磺酰基哑嗪的结构

Figure 1 Structure of oxaziridine and N-sulfonyloxaziridine

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图式1 可能的反应机理

Scheme 1 Probable mechnism

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表 1 卤化铵催化磺酰亚胺1氧化为哑嗪2的条件筛选^a

Table 1. Screening of oxidation of N-sulfonylimines 1 to oxaziridines 2 catalyzed by ammonium halides


Entry	Substrate	Product	Catalyst	Yield^b/%
1	1a	2a	Bu₄NF^c	81
2	1a	2a	Bu₄NCl	56
3	1a	2a	Bu₄NBr	62
4	1a	2a	Bu₄NI	59
5	1a	2a	Me₄NOH	78
6	1a	2a	BnEt₃NCl	89
7	1a	2a	Et₄NI	＞99
8	1a	2a	Et₄NCl	96
9	1a	2a	Me₄NI	90
10^d	1b	2b	Me₄NI	＞99(96)
11	1a	2a	Me₄NBr	91
12	1a	2a	Me₄NCl	90
^a反应条件: 1(4.5 mmol), 卤化铵作为催化剂(0.54 mmol, 0.12 equiv.), mCPBA (5.9 mmol, 75%, 1.3 equiv.), 饱和NaHCO₃(5 mL), CHCl₃(29 mL), 0~5 ℃, mCPBA加完后再反应2 h; ^b产率用1, 3, 5-三甲苯作为内标, 以核磁氢谱确定, 括号内的数值为柱层析分离产率; ^c使用1 mol•L^-1的THF溶液; ^d使用6.5 mmol的mCPBA.

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表 2 磺酰亚胺1转化为哑嗪2的反应底物考察^a

Table 2. Reaction scope of oxidation of N-sulfonylimines 1 to oxaziridines 2


Entry	Substrate	Product	Catalyst	Yield^b/%
1	1b	2b	Et₄NI	92(90)
2	1c	2c	Et₄NI	＞99 (95)
3	1d	2d	Et₄NI	91(90)
4	1e	2e	Et₄NI	96(97)
5^c,d	1f	2f	Et₄NI	88
6	1g	2g	Et₄NI	95(89)
7^d,e	1h	2h	Et₄NI	88
8	1i	2i	Et₄NI	90
9	1j	2j	Et₄NI	＞99
10	1k	2k	Et₄NI	84
11^d	1c	2c	Me₄NI	88
12	1d	2d	Me₄NI	96
13^d	1e	2e	Me₄NI	92(97)
14^c,d	1f	2f	Me₄NI	92(95)
15^d	1g	2g	Me₄NI	＞99 (93)
16^d,e	1h	2h	Me₄NI	96(98)
17	1i	2i	Me₄NI	93(93)
18	1j	2j	Me₄NI	86
19	1k	2k	Me₄NI	90
20	1l	2l	Me₄NI	87
21	1m	2m	Me₄NI	93
22	1n	2l	Me₄NI	85
23	1l	2l	Me₄NBr	85
24	1m	2m	Me₄NBr	＞99
25	1n	2l	Me₄NBr	88
^a反应条件: 1(4.5 mmol), Et₄NI、Me₄NI或Me₄NBr作为催化剂(0.54 mmol, 0.12 equiv.), mCPBA (5.9 mmol, 75%, 1.3 equiv.), 饱和NaHCO₃(5 mL), CHCl₃(29 mL), 0~5 ℃, mCPBA加完后再反应2 h; ^b产率用1, 3, 5-三甲苯作为内标, 以核磁氢谱确定, 括号内的数值为柱层析分离产率; ^c使用4.8 mmol的1f; ^d使用6.5 mmol的mCPBA; ^c使用5.2 mmol的1h.

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通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

1.
沈阳化工大学材料科学与工程学院沈阳 110142