背景介紹

上周，小編給大家介紹過如何通過硝基芳烴偶聯合成芳基腈（詳見：硝基芳烴也能進行偶聯反應！直接合成芳基腈），本期小編又將給大家介紹一種通用芳基烷基酮轉化為芳基腈的最新方法，該方法是由I2催化和TBHP/銨促進的，以銨作為氮源，無需其它金屬試劑，在空氣中反應即可。一系列烷基芳基酮在良好的官能團耐受性和高產率下表現良好。這種無金屬方法代表了一種簡便、安全、綠色且實用的將酮轉化為芳香腈的方法。

反應條件探索

首先，在存在碘化鉀(KI)（0.2當量）、叔丁基過氧化氫(TBHP)（在癸烷中5M，4當量）和氟化銨(NH4F)（4當量）的條件下，在二甲基亞砜(DMSO)中70°C的氮氣氛圍下測試了2-乙酰萘的反應，2-萘甲腈以43%的產率被分離出來（表1，條目1）。用碘化銨(TBAI)替代碘化鉀會將產率降低到28%（條目2）。然而，當由碘(I2)催化時，產率極巨地增加到了95%（條目3）。在空氣中也獲得了相當的產率（93%，條目3）。使用叔丁基過氧化氫（水溶液，70%）會將產率降低到66%（條目4）。此外，還測試了一系列的銨鹽，氟化銨(NH4F)優(yōu)于氯化銨(NH4Cl)（35%）、溴化銨(NH4Br)（53%）、碳酸氫銨(NH4HCO3)（<5%）和碳酸銨((NH4)2CO3)（<5%，條目5-8）。其他測試的溶劑，如四氫呋喃(THF)（<5%）、1,2-二氯乙烷(DCE)（17%）、甲苯（<5%）和丙烯腈(MeCN)（23%），都導致了較低的產率或沒有反應（表1，條目9-12）。為了進一步提高這個程序的實用性，該反應在100毫摩爾規(guī)模下進行，產率也良好（82%，條目13）。

底物范圍

如下圖所示，對位(2b-2i)、鄰位(2j)和間位(2l和2m)取代的苯乙酮都在標準條件下順利進行。反應產率對苯環(huán)上取代基的電子性質不敏感，因為帶有供電子基團(2b, 2e-2h, 和 2m, 56-97%)和吸電子基團(2c, 2d, 2i, 2j, 和 2l, 49-93%)的底物都能很好地反應，以良好的產率得到目標產物。值得注意的是，該方法可以兼容一系列的官能團，包括甲氧基(2b, 89%)、苯氧基(2e, 88%)、甲氧羰基(2d, 93%)、叔丁基(2g, 83%)、碘代(2l, 49%)、溴代(2c, 78%)、氯代(2j, 79%)、硝基(2i, 55%)和乙酰氨基(2m,74%)，這為進一步的官能化提供了方法，從而增加了產物的多樣性和復雜性。然而，2,4-二甲基苯乙酮產生了復雜的混合物。重要的是，一種α,β-不飽和酮，即(E)-4-苯基丁-3-烯-2-酮，在93%的產率下作為良好的反應伙伴，得到了肉桂腈2n。不幸的是，另一種類似物，4-苯基丁-3-炔-2-酮，在該方法下未能順利反應（2o, <5%）。

雜環(huán)腈的底物范圍

在該方法下，2-氰基吡啶、3-氰基吡啶和4-氰基吡啶都以良好的產率被分離出來（2r, 59%; 2p, 61%; 2q, 76%）。特別是，8-乙酰喹啉表現良好，得到了70%產率的2s，而2-乙酰異喹啉和3-乙酰喹啉分別以64%和77%的產率得到了2t和2w。值得注意的是，6-乙酰苯并二噁烷和5-乙酰-1,3-苯并二噁烷作為合適的反應伙伴，分別得到了97%和56%產率的2u和2v。

為了擴大應用范圍，作者測試了更多的底物。4-溴苯甲醛、4'-溴丙酰苯和4'-溴丁酰苯都表現良好，分別以81%、75%和60%的產率得到了4-溴苯甲腈。值得注意的是，芳基異丙基酮產生了相應的腈，產率為41%。但是，芳基環(huán)烷基酮、二芳基酮、芳基丙酮和2-烷基酮在該程序下都未能成功工作。

反應機理

基于一些機理實驗，作者提出了以下反應機理：首先由碘化物與叔丁基過氧化物反應生成碘陰離子、叔丁基過氧自由基3和水。然后叔丁基過氧化物與碘陰離子反應生成叔丁氧自由基4和碘化物，完成SET催化循環(huán)。同時，叔丁氧自由基4從酮和銨反應生成的原位亞胺中提取氫原子，形成亞胺自由基。之后，亞胺自由基發(fā)生β斷裂，釋放出腈作為最終產物，同時釋放出烷基自由基5。作為持久自由基，叔丁基過氧自由基3與烷基自由基5發(fā)生交叉偶聯，形成過氧化物種6。最后，6的Kornblum?DeLaMare重排得到了醛。

實驗操作

A 10 mL pressure tube equipped with a stir bar was charged with 1a-o (0.4 mmol, 1.0 equiv.), I2 (0.2 equiv.), TBHP (5 M in decane, 4 equiv.), NH4F (4 equiv.), DMSO (1 mL). The reaction mixture was stirred at 70 oC in oil bath under air atmosphere for 15 h. After completion of the reaction, the reaction mixture was concentrated under reduced pressure. The residue was then purified by flash chromatography on silica gel to provide the corresponding product (yield: 49%-97%).