使用可见光光氧化催化剂通过富电子芳烃的自由基 - 自由基交叉偶联合成芳基硫化物

在催化量的[Ir（dF（CF 3）ppy）2（dtbpy）] PF 6和（NH 4）2 S 2 O 8存在下，在蓝光照射下，富电子芳烃与芳基和烷基二硫化物反应，得到arylthiols。反应在室温下进行并避免使用预官能化的芳烃。实验证据表明激进的自由基交叉耦合机制。

关键词： 芳烃; 氧化; 光催化; 巯基化; 可见光

碳 - 硫键的产生是有机合成中的一项重要任务，因为它们富含目标结构，如天然产物和药物[1-3]。它们存在于有机半导体，抗抑郁药或抗白三烯药中（图1）。2015年最畅销的五种药物中有三种是有机硫化合物。大多数C-S键合成方法使用过渡金属催化的硫醇及其衍生物与有机卤化物[4-6]，芳基硼酸[7]，三氟甲磺酸芳基酯[8]和重氮盐[9]的交叉偶联。使用的典型金属是钯[10-13]，铜[14-21]，镍[22-24]，铁[25-29]，钴[30-32]和铑[33,34]。芳基硫化物也通过硫醇和芳基格氏试剂/芳基锌试剂的交叉偶联来合成[35,36]。然而，这些方法中的大多数需要苛刻的反应条件，外部添加剂和高温。反应需要预官能化的芳烃，而通过C-H官能化的直接C-S亚磺酰化将是更理想和成本有效的。到目前为止，仅有少数关于使用过渡金属或无金属[37-39]条件和不同硫源的直接C-H官能化的报道，例如芳基磺酰氯，芳基亚磺酸钠，亚磺酸和芳基磺酰肼（方案1）。然而，该方案需要预官能化的亚磺化试剂。最近，雷和他的同事报道了DDQ介导的富电子芳烃和硫醇之间的选择性自由基 - 自由基交叉偶联[40]。Miyake等。报道了使用Cs 2 CO 3作为碱，通过分子间电荷转移，芳基卤化物和芳基硫醇之间可见光促进的交叉偶联反应[41]。最近的两份报告显示，使用玫瑰红作为光催化剂，通过C-H官能化合成C-3亚磺酰化吲哚和3-亚磺酰基咪唑并吡啶[42,43]。通常，芳基化反应使用光催化剂的还原循环，为此，需要电子贫乏的芳烃。在本文中，我们报道了一种温和有效的氧化光催化降解富电子二 - 和三甲氧基苯芳烃与芳基二硫化物和（NH 4）2 S 2O 8作为末端氧化剂的方法的开发（方案2）。

使用1,2,4-三甲氧基苯和二苯基二硫化物作为模型底物来测试我们的提议并优化反应条件。我们开发的光催化方法允许使用可见光和[Ir（dF（CF 3）ppy）2（dtbpy）] PF 6作为光催化剂活化富电子烷氧基芳烃用于直接C-H亚磺酰化反应。在氮气下，在455nm的可见光照射下进行反应。该试验的氧化电位相对于SCE为1.02V，这允许通过[Ir（dF（CF 3）ppy）2（dtbpy）] PF 6进行氧化，其具有相对于SCE估计的1.21V 的激发态氧化电位。其他光催化剂如Ru（bpy）3 Cl2，Ru（bpz）3 PF 6，DDQ，吖啶染料，曙红Y，曙红Y二钠盐和4-CzIPN进行了评估，但在我们的反应条件下，观察到低底物转化或光催化剂降解（参见支持信息）文件1，表S1）。有机染料9-均三甲苯基-10-苯基吖啶鎓四氟硼酸盐在照射30分钟内在过量二硫化物存在下完全分解。[Ir（dF（CF 3）ppy）2（dtbpy）] PF 6被认为是最好的光催化剂，在这种情况下，CH 3与DMF，DMSO和DCE相比，CN是最好的溶剂。当使用苯硫酚作为硫源时，得到二苯基二硫化物作为主要副产物，这又阻碍了芳基化过程并产生了几种其他的苯硫酚氧化产物。因此，加入易得的二苯基二硫化物作为硫醇化剂。加入过量的二硫化物（例如，5当量）导致形成作为主要副产物的苯硫酚以及其他氧化的硫物质。二硫化物的量从0.5当量变化到5当量; 1.7当量的二硫化物得到最好的结果。当空气用作氧化剂时，光催化反应非常慢，并且它还导致硫的各种氧化产物，并且在照射时观察到光催化剂的降解。因此，（NH4）2小号2 ö 8被用作终端氧化剂。加入叔丁基氢过氧化物（TBHP）作为氧化剂导致反应混合物降解，当使用硝基苯（PhNO 2）作为氧化剂时，观察到痕量的产物以及苯胺的形成，可能是由于催化剂的再生。对照实验证实，光和光催化剂对于芳基化反应是必不可少的（参见支持信息文件1），表S2）。在这些条件下，富含电子的二 - 和三甲氧基芳烃反应。反应在6至24小时内完成，产物以中等收率得到。当使用富电子双（4-甲氧基苯基）二硫化物作为硫醇化剂（3h）时，观察到最佳产率为85％。对称芳烃，观察到二芳基化。最初形成的单芳基化产物比起始原料更具反应性并与二芳基硫醇产物反应。当1-苯基-1H-吡咯-2,5-二酮用作芳烃时，亚磺酰化仅在双键处发生，而不是在芳烃上，得到产物3k产率为58％，芳香环的痕量二芳基化产物。当使用更难以氧化的2-甲氧基萘作为底物时，产物3l仅以30％的产率获得，表明该方法的范围的限制。底物范围显示在方案3中。通过X射线结构分析确定固态化合物3a，3d，3e和3i的结构（图2）。