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有機硫化合物是一類非常重要的有機合成中間體，廣泛應用于臨床藥物中，可用于癌癥化療或者作為無毒口服的降膽固醇藥物。因此，通過簡單有效的方法合成有機硫化合物以及合成具有特殊結構的有機硫化合物具有非常重要的意義。盡管人們在C-S鍵的構建方面取得了非常大的進展，但是依舊存在許多問題：底物的適用范圍太過局限；含硫親電試劑的制備非常困難；C-S鍵偶聯(lián)時催化劑的用量非常大且反應大多需要高溫條件。傳統(tǒng)的合成方法表明，要同時構建兩個不同的C-S鍵非常棘手，需要經(jīng)過數(shù)步的轉化。
最近，華僑大學化工學院新一代物質轉化研究所的宋秋玲教授報道了在Rh2(OAc)4/dppp的催化體系下，成功利用重氮化合物的葉立德中間體同時構建了兩個C-S鍵。值得注意的是，該反應的副產(chǎn)物只有氮氣，反應條件溫和，底物適用范圍廣泛，并且可進行大規(guī)模的合成，具有實際應用價值。
圖1. 重氮化合物的偕二硫化反應
在獲得最佳的反應條件之后，作者考察了一系列重氮化合物。值得注意的是，底物中芳香環(huán)上修飾的基團不管是給電子還是吸電子基團（Cl, Br, NO2, tBu, OMe），反應都能很好地進行，并且取代基在芳香環(huán)上的位置對反應的影響不是很大。當苯環(huán)換成其他的芳香雜環(huán)（苯并噻吩）時，反應也具有64%的收率。
圖2. 重氮化合物的底物拓展
為了進一步擴大底物的適用范圍，作者以重氮苯乙酸酯作為模板底物，接著研究不同硫代芳基磺酸酯化合物對反應的影響。在標準條件下，反應都能以中等以上的收率得到所需的產(chǎn)物。值得注意的是，當硫原子上的取代基為芳香環(huán)時，反應也具有62%的產(chǎn)率（3o）。為了證明該反應具有大規(guī)模合成的潛力，作者將反應的規(guī)模進行十倍擴大，反應時間并沒有加長，且反應的收率也沒有太大的降低。
圖3. 硫代酯化合物的底物拓展
圖4. 機理探索實驗
為了弄清反應的機理，作者進行了一系列的機理探究實驗。首先，在標準條件下不加入銠鹽，反應得不到相應的產(chǎn)物。這個實驗說明，銠鹽是該反應不可缺少的因素（圖4a）。在標準條件下反應不添加dppp，原料幾乎未發(fā)生反應（圖4b）。結合a、b兩組實驗，作者認為銠鹽和添加劑dppp都是必不可少的，它們起到共同催化的作用。為了進一步證實重氮化物與硫代磺酸酯發(fā)生是分子內反應，作者先固定一種重氮化合物，在標準條件下加入兩種不同的二硫化物，觀察反應是單一的兩種產(chǎn)物還是分子間交叉的四種產(chǎn)物。反應最終得到兩種產(chǎn)物，說明重排步驟在分子內進行，而不是分子間的親核取代反應（圖4c）。為了進一步證明銠鹽與dppp是否一直對反應起作用，作者使用苯乙酸酯的鏻鹽在叔丁醇鉀作為堿的條件下生成鏻葉立德，再在反應體系中緩慢加入苯磺酸甲硫酯，反應無法進行，因此說明銠鹽與dppp不是以接力的方式催化反應（圖4d）。
圖5. 反應可能的機理
基于以上實驗以及查閱相關的文獻，作者提出可能的反應機理。反應的第一步是在銠鹽的催化下，重氮化物裂解，形成一分子氮氣和二價銠卡賓中間體A，dppp作為富電子試劑對卡賓碳原子進行親核進攻形成膦-銠中間體B。反應可能存在多種反應途徑：途徑I，中間體B上的銠消除，形成中間體鏻葉立德C，再與TsSMe反應，作者在控制實驗中已經(jīng)排除了這種可能。途徑II，中間體B與2作用，主要存在a、b兩種進攻模式：（a）硫甲基進攻卡賓碳，得到中間體E，同時膦以dppp的形式消除。中間體E再經(jīng)過砜的1,2-遷移得到產(chǎn)物3a；（b）卡賓碳原子對2的砜部分進攻得到消除銠鹽的中間體F，再經(jīng)過分子內的硫甲基1,2-遷移得到產(chǎn)物3a。
這一成果近期發(fā)表在Chemical Communications上，并被選為封底，第一作者是2015級的碩士生饒長青。上述研究工作得到國家自然科學基金委、中組部青年千人計劃、福建省自然科學基金等的大力支持。
該論文作者為：Changqing Rao, Shaoyu Mai and Qiuling Song