苯并噻吩盐的合成的方法及其反应的研究进展
摘要 综述了近年来合成苯并[b]噻吩盐的多种方法和讨论了其存在的优缺点，并详细介绍了1-苯基苯并[b]噻吩盐发生苯基迁移反应、[4+2] Diels-Alde反应、噻吩环开环反应，以及1-烷基苯并[b]噻吩盐与甲醇钠的开环反应，并对其前景的发展做出了展望。
关键词：合成苯并[b]噻吩盐；1-苯基苯并[b]噻吩盐的反应；苯并噻吩盐的开环； 噻吩、苯并噻吩是自然界中存在的含硫的杂原子环状化合物之一，不仅是重要的有机合成中间体，而且作为医药、农药、功能性材料等的基本骨架被广泛利用
[1-3]
．许多含有苯并噻吩结构的化合物都具有消炎镇痛的作用，而且在医药合成
上带有噻吩环的抗生素比苯基同系物具有更好的疗效[4-9]，芳香杂环化合物被用来合成一些目标产物的中间态，可是噻吩和苯并噻吩具有特殊芳香性结构，它们的反应具有低的转化率
【10】
。然而，当噻吩环上的硫原子被氧化后，其双键活性
明显提高，可以作为双烯体系有效地进行[4+2]环加成反应[11-14]。近年来，超价有机硫盐化学已经发展起来了【15】，硫盐的合成和性质受到了广泛地研究。硫盐已作为酸已经应用到了光致聚合过程和模拟中的化学放大上【16】。随着对硫盐的不断地深入研究，它将会在多个领域内得到广泛地应用。
1969年，R.M.Acheson等找到了一种对硫烷基化很好的催化剂AgBF4，在它的催化下，苯并[b]噻吩和有取代基的苯并[b]噻吩与碘代甲烷反应得到了较高产率的1-烷基苯并[b]噻吩盐。
S+CH3IAɡBF4CH3-S+BF4
S+CH3ICH3-S+BF4AɡBF4
1.2 1-苯基苯并[b]噻吩盐的合成
1.2.1 1-烷基苯并[b]噻吩盐很不稳定，容易脱到烷基回到苯并[b]噻吩反应底物,所以研究苯并[b]噻吩盐的化学性质存在很大的困难。1986年，Kitamura等利用
1
2-硫酚基-苯乙烯的分子内亲电环化合成了1-苯基苯并[b]噻吩盐。由于S-Ph键较S-烷基强，1-苯基苯并[b]噻吩盐能够在有极性的溶剂中不发生变化，如：甲醇和DMSO等。这为研究苯并[b]噻吩盐的化学性质提供了保障。
SPh1+CCRHBr2-HBrPhBr-S+R1R2
Ph-S+XRE1.2.2 19年，Kitamura等用2-硫酚基-苯乙炔炔合成了1-苯基苯并[b]噻吩盐。
SPhCCR+E+X-
亲电诱导环化合成1-苯基苯并[b]噻吩盐的反应底物是很难合成，需要多步反应，产率和原子经济性都不高，并且还必须满足中间正离子产物能够稳定地存在，因此，这种方法不能用于无取代基的1-苯基苯并[b]噻吩盐的合成。
1.2.3 1997年，Kitamura等用硫的直接苯基化的方法合成了无取代基或者多种取代基1-苯基苯并[b]噻吩盐（如表1.）。这种方法非常简单而且实用，弥补了亲电诱导环化合成3的不足。
SR2R1Cu(OAc)2 (cat.)140℃,30min3PhS+R2OTf -R1+Ph2I+OTf -21
表1 不同种取代基的1-苯基苯并[b]噻吩三氟甲磺酸盐的制备
Entry 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Table1. Preparation of 1-Phenylbenzo[b]thiophenium triflates
化合物 R1 R2
3a 3b 3c 3d 3e 3f 3g 3h 3i 3j
H Me H Ph H Me Ph Me Ph p-MeOC6H4
H H Me H Ph Ph Me Me Ph p-MeOC6H4
产率(%) 83 94 81 93 70 94 88 94 69 42
2
特别是，Kitamura等采用这种方法第一次合成出产率为83%的1-苯基苯并[b]噻吩盐3a。有取代基的化合物1在醋酸铜(Ⅱ)催化下也得到了较高产率的化合物3(entry2-9)，当1的2和3位都有苯基和4-甲氧基苯基，化合物3i和3j的产率明显降低，说明了二个苯基和4-甲氧基苯基对硫的苯基化有空间位阻的影响。
2 3化合物在光照和加热条件下苯基发生重排 2.1 3化合物在光照条件下苯基发生重排
1997年，Kitamura等研究了化合物3(b, c, d)在Hg光照(100W)和N2保护下的反应，观察到了化合物3d在CH2Cl2溶剂中光解成产率为49%的化合物1i、19%的化合物1d和14%的菲并[9,10-b]苯并[b]噻吩。在同样的条件下，化合物3c光解成产率为36%的1g和2%的1c，可是化合物3b的光解没有观察到苯基迁移的产物，却得到了产率为66%的单一化合物1b。Kitamura等从实验得到的结果提出了苯基是以S-Ph键的均裂方式迁移。
Ph -S+OTfPh3dHSPh+1iPhS+1dHSPhhvCH2Cl2
Ph -S+OTfH3cMePh -S+OTfMe3bHhvCH2Cl21gSPh+Me1cSHMe
hvCH2Cl21bSMeH
2.2 3化合物加热条件下苯基发生重排
2002年Kitamura等对3化合物在加热条件下进行了研究。化合物3a在温度为180℃的油浴中加热30min生成了86%的化合物1d(entry1)，化合物3k加热1h生成产率为%的1k(entry6)，化合物3c和3e分别热解成产率为86%的化合物1g 和73%的化合物1i(entry3，5)，3b和3d热解成产率为78%的化合物1f和74%的化合物1i(entry2，4)。Kitamura等发现了当2和3 位无取代基，硫上的基团会
3
选择性地迁移到2位；当3位有取代基的化合物3c和3e ，苯基有选择性地迁移到了它们的2位；当2位连有取代基的化合物3b和3d，苯基有选择性地迁移到了它们的3位。
表2 苯并[b]噻吩盐在加热条件下苯基的迁移
Table2 phenyl migration of benzo[b]thiophenium triflates in the thermolysis
entry 1 2 3 4 5 6
ROTf -S+180℃SR3化合物 3a 3b 3c 3d 3e 3k
温度(℃) 180 180 180 180 180 180
时间(h) 0.5 3 3 1 1 1
产物 1d 1f 1g 1i 1i 1k
产率(%) 86 78 73 74 86
R=Ph, 4-MeC6H4Ph-+OTf SRR=Me, Ph11
SPh180℃R1产物=1g, 1i
PhOTf -S+R2180℃SPhR2R2=Me, Ph产物=1f, 1i
Kitamura等在研究1-苯基-2-(4-甲基苯基)苯并噻吩盐的热解过程中，发现了它生成了不同的产物a和b (a: b=3: 1)，并推断出了苯基是以[1,5]的方式迁移。苯基[1,5]迁移的机理能够很好地解释了当3位有取代基的3化合物，苯基有选择性地迁移到了它的2位；当2位有取代基的3化合物，苯基有选择性地迁移到了它的3位。
4
PhOTf -S+Tol180℃2h76%SaTol+Pha : b=3:1SbPhTolTol=4-MeC6H4
1-苯基-2-(4-甲基苯基)苯并噻吩盐的热解机理：
PhS+TolH[1,5]苯基迁移Sb-H+PhTol
S+PhTolH[1,5]-Tol迁移S+PhHTol
[1,5]苯基迁移S+TolHPhSaTolPh-H+
3 3与1,3-丁二烯的基底物发生[4+2]Diels-Alder反应 3. 1 3与环戊二烯的环加成反应
Ph -S+OTfH233aH
S2H3HHS2H3HH
化合物3a的C(2)-C(3)键的长度为1.308Ǻ，苯并[b]噻吩的C(2)-C(3)键的长度为1.354 Ǻ，噻吩的C(2)-C(3)键的长度为1.369 Ǻ。化合物3a的C(2)-C(3)键的长度比苯并[b]噻吩和噻吩的C(2)-C(3)键的长度短，还有它的C(2)-C(3)键的长度在苯乙烯双键（1.30-1.37 Ǻ）之间。另外，它的单晶结构得出它的硫原子周围是四面体结构，苯基和苯并噻吩不在同一个平面。这充分说明了1-苯基苯并[b]噻吩盐的噻吩环的芳香性已经破坏，它的C(2)-C(3)键具有了烯键的性质。
1-烷基苯并[b]噻吩盐很不定，容易脱去烷基烷基回到苯并[b]噻吩反应物。很难与环戊二烯反应。1999年，Kitamura等第一次报到了3a与环戊二烯在CH2Cl2中得到了产率为96%的环加成产物4a。
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Ph -S+OTfH3aH+△PhOTf -S+HH4a
从化合物4a的NOE测定的结构结果(figure1)，得出了3中的苯基是在噻吩环的上面，环戊二烯组分在噻吩环的下面，4a是内向型(endo)环加成产物。化合物3与环戊二烯反应生成内向构型(endo)环加成产物。
图一 化合物4a的主要NOE相关
Figure1 NOE relation in the adduct 4a
2002年，Kitamura等对有取代基的1-苯并[b]噻吩盐进行了详细的研究，寻找它和环戊二烯发生[4+2]Diels-Alder反应的最佳条件（如：表3）。
Ph -S+OTfR13R2PhOTf -S+R1R24+△ R2= H R= Me R2=H R= Ph R=Ph R2=Me R2=Ph
222
3b: R1= Me 3c: R=H 3d: R1= Ph 3e: R= H 3f: R=Me 3h: R1=Me 3i: R1=Ph
111
R2= H R= Me R2=H R= Ph R=Ph R2=Me R2=Ph
222
4b: R1= Me 4c: R=H 4d: R1= Ph 4e: R= H 4f: R=Me 4h: R1=Me 4i: R1=Ph
111
6
表3 3和环戊二烯的[4+2]环加成反应
Table 3 [4+2]cycloaddition of 3 with cyclopentadiene (a In a sealed tube)
entry
1 2 3 4 5 6 7 8
3化合物 solvent 3b MeCN 3c CH2Cl2 3c MeCN 3c MeCN 3c MeCN 3e MeCN 3e MeCN 3e MeCN Temp(℃) Time(h)
60 a 72 reflux 12 45 72 50a 72 60 a 72 45 72 50 a 72 60 a 72 product
4b 4c 4c 4c 4c 4e 4e 4e Yield(%)
73 0 0 22 74 25 68 80
化合物3c与环戊二烯在CH2Cl2或温度为45℃的MeCN中不能发生[4+2]Diels-Alder反应(entry2，3)，可是，化合物3c与环戊二烯在50℃密封管中反应72h，得到产率为22%的化合物4c(entry4)。化合物3e与环戊二烯在温度为45℃反应得到产率为25%的化合物4e，同样的反应在50℃密封管中进行，得到产率为68%的化合物4e(entry6，7)。升高温度和在密封中反应对提高化合物4c和4e的产率有利(entry1, 5, 8)。化合物3f、3h和3i在以上条件不能与环戊二烯发生环加成反应。3化合物的2和3位的取代基对环加成反应有阻碍作用，尤其是，2位的取代基对环加成反应有强的空间位阻效应。 3.2 3与1,3-二苯基-苯并呋喃反应
1999年，Kitamura等第一次报道了化合物3a与1,3-二苯基苯并呋喃在CH2Cl2试剂中反应得到了环加成产物5a。2002年，Kitamura等对一系列的3(a,b,c,d,e,h,)与1,3-二苯基苯并呋喃的反应进行了研究(如：表3)
PhS+2OTf -R1+PhOPhCH2Cl2reflux, 72hPhOTf -S+R1PhR2Ph5OR3
表4 3和1,3-二苯基-苯并呋喃的[4+2]环加成反应 Table 4 [4+2]cycloaddition of 3 with 1,3-diphenylisobenzofuran
entry 1 2
3
3a 3b
solvent CH2Cl2 CH2Cl2 Temp(℃) reflux reflux
7
Time(h) 72 72
product
5a 5b
Yield(%)
96 95
3 4 5 6 3c 3d 3e 3h CH2Cl2 CH2Cl2 CH2Cl2 CH2Cl2 reflux reflux reflux reflux 72 72 72 72
5c 5d 5e 5h
99 0 0 0
化合物3b和3c同1,3-二苯基-苯并呋喃在CH2Cl2的回流温度下反应，分别得到产率为95%的化合物5b和99%的化合物5c(entry2，3)。但是，在同样的反应条件，化合物3d、3e和3h不与1,3-二苯基-苯并呋喃反应(entry4, 5, 6)。 4 苯并[b]噻吩盐在亲核试剂甲醇钠中发生开环反应
4.1 2002年Kitamura等研究了化合物4a和4c与甲醇钠的反应，发现了4a在室温下相当稳定。当温度升高到50℃，4a开环生成了产率为86%的4a1。在同样的条件下。5a开环生成了产率为96%的6a，但是有取代基的4c却不发生开环反应。Kitamura等认为化合物4和5 在甲醇钠中较稳定，是由于化合物4和5的多环结构阻碍了亲核试剂甲醇钠的对硫进攻。
PhOTf -S+HH4aPhOTf -S+HPhHPhO5aNaOMe/MeOH50℃86%4a1PhS
PhSONaOMe/MeOH50℃96%6aPhPh
4.2 Kitamura等在1992年也研究了有取代基的1-苯并[b]噻吩盐与甲醇钠的反应，发现了是否发生取代或者消除反应取决于取代基R1上的氢和C(3)上的氢。7与甲醇钠在室温下反应12h，得到了产率为73%的开环产物8，9和11在室温下不与甲醇钠反应，但是化合物9和11与甲醇钠在甲醇中回流24h得到了产率分别为100%的甲氧基取代的10和12。
Ph-S+XR1NaOCH3/CH3OHPh7 R1= H, X=ClO49 R1=Ph, X=Br11 R1=p-MaOC6H4, X=Br
8
SPhOMeCCPhR18 R1= H (73%)10 R1= Ph (100%)12 R1=p-MaOC6H4 (100%)
3-苯基苯并[b]噻吩盐与甲醇钠反应没有生成有甲氧基取代的开环产物，却得到了消除产物。化合物13与甲醇钠在室温下反应12h，得到了产率为%的二烯14，在相同条件下，化合物15与甲醇钠反应得到了产率为100%的二烯16。
Ph-S+ClO4R1NaOCH3/CH3OHPh13 R1= Me15 R1= n-PrPhR2SCCCPhH14 R2= H (%)16 R2=Et (100%)
3位无取代基的苯并噻吩盐与甲醇钠反应生成了开环炔产物，化合物17和19与甲醇钠在室温反应12h，得到了产率都为100%的18和20的炔化合物。
PhS+Br-NaOCH3/CH3OHR117 R1= Ph19 R1= p-MeOC6H4SPh
CCR118 R1= Ph (100%)20 R1= p-MeOC6H4 (100%)
展望
9
