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（圖片來源：Science）

含氮分子是制藥、農化和材料工業中最重要的一類化合物。例如，最近80%以上的暢銷藥物中至少含有一個氮原子。因此，碳氮鍵的構建是合成有機化學的一個核心研究領域。烯烴是含氮化合物中的一類關鍵前體，它們廣泛存在于石化原料和萜烯中，且它們可以作為合成中間體廣泛使用。利用烯烴π-鍵的反應活性，化學家們已經開發了大量有效引入氮官能團的合成反應，包括疊氮化、氫胺化和氨基官能團化。相比之下，通過將較強的C(sp²)-C(sp²)雙鍵完全裂解來構建C-N鍵的方法仍然很少見（Fig. 1a）。臭氧分解是工業界和學術界中裂解C(sp²)-C(sp²)雙鍵最重要的方法之一，而其合成應用進一步突出了這種裂解反應的重要性（Fig. 1b）。鑒于這些反應的合成效用和含氮化合物的重要性，直接通過烯烴裂解反應來構建C-N鍵將成為有機合成的重要工具。基于Gassman課題組所提出的游離氮雜丙二烯陽離子為N-Cl氮雜環丙烷物種的溶劑解中的中間體（Fig. 1c），近日，瑞士蘇黎世聯邦理工學院Bill Morandi課題組利用氮原子直接插入非活化C=C雙鍵來獲得氮雜丙二烯陽離子中間體，且根據烯烴的不同取代模式將這些中間體轉化為相應的腈或脒類產物（Fig. 1d）。歡迎下載化學加APP到手機桌面，合成化學產業資源聚合服務平臺。

此反應的幾個關鍵挑戰如下：(1)非活化烯烴的固有低反應活性；（ii）溶劑對氮雜丙二烯陽離子的過早淬滅；（iii）協調和控制復雜多合成步驟序列。通過對反應進行嘗試和一系列條件篩選，作者發現當使用線性烯烴為起始原料時，可以生成相應的腈類產物；而當使用分枝烯烴為起始原料時，可以生成相應的脒類產物。反應的最優條件為：PIFA（4.8 equiv），H₂NCOONH₄（6.2 equiv），HFIP中0-25^oC 反應30分鐘。

在得到了最優反應條件后，作者分別對此轉化的底物范圍進行了探索。實驗結果表明，一系列不同取代的線性烯烴、炔烴、酯、醇、鹵代烯烴、含雜環的烯烴均可順利實現轉化，以中等至良好的產率得到相應的腈類產物1-38（Fig. 2）。值得注意的是，一系列藥物相關分子，如artesunate (25), celecoxib (26), lumacaftor (27), cholic acid (28), telmisartan (29), (-)-methyl jasmonate (31)等均可順利實現轉化，證明了此策略的實用性。此外，具有較大空間位阻的烯烴也同樣能高產率得到相應腈類產物。

（圖片來源：Science）

接下來，作者探索分枝烯烴的兼容性（Fig. 3）。對于一系列不同1,1-二取代烯烴，其在反應中會發生氮雜貝克曼重排過程，以良好的區域選擇性和立體保持的方式轉化為相應的脒類產物39-50。值得注意的是，天然萜類化合物也能發生相應的脫烯胺化反應，以良好的立體選擇性得到相應的產物。

（圖片來源：Science）

Fig. 4展示了此反應的初步機理假設。根據先前的文獻報道，作者提出了原位形成親電氮物種與非活化烯烴a形式的 [2+1]-環加成，得到活化的氮雜環丙烷物種b。隨后，該物種可以進行協同的開環和碘苯的解離（這是通過粗反應混合物的¹H NMR觀察到的），在起始原料的雙鍵中直接插入一個氮原子后形成氮雜丙二烯陽離子c。中間體c的質譜可以通過高分辨率質譜測定，證明了該物種可能是反應的中間體。當使用(-)-isopulegol（51）的捕獲實驗得到不穩定亞胺51a時，進一步支持了氮雜丙二烯陽離子的存在。這種不穩定的物種可以成功地水解為51b或還原為51c，并通過單晶X-射線衍射表征為單一非對映體。

氮雜丙二烯陽離子c形成后，通過氨解生成d，d可以經過質子轉移和甲基亞胺的移除形成亞胺物種e。亞胺物種e可以配位到另一當量的I^(III)上，其可以通過氧化得到相應的腈h。通過分離相應的二氫吡唑（52a）作為N-boc保護的氨基丁-3-烯反應的主要產物（52），支持了N-親電亞胺中間體f。當使用4-苯基丁烯（53）在標準條件下反應時，可以以60%的NMR產率得到了腈產物53b，同時也以26%的分離產率觀察到喹啉（53a）作為次要產物，表明反應遵循分子內親電芳香取代和氧化序列（55）。當使用α-甲基化類似物（54）反應時，作者以高收率觀察到了2-甲基喹啉（54a）的生成。這些實驗結果均表明，N-親電亞胺物種可能是反應的關鍵中間體。在酮亞胺的情況下，氧化過程通過貝克曼重排成i，而i可以被過量的氨捕獲，從而得到脒j。

此外，當作者使用包含一個與仲醇相鄰的支鏈烯烴基團的(-)-dihydrocarveol（55）反應時，作者觀察到在貝克曼重排后完全轉化為酰亞胺酯產物（55a）。用稀酸水溶液進行質子化后作者得到了晶體并對其鹽酸鹽進行表征。

總的來說，貝克曼重排可以良好的將立體化學信息保留并具有完全的區域選擇性。除了它們的機理價值外，捕獲實驗表明此方法也可以用于直接合成N-雜環，如1,3-噁嗪烷，N-取代4,5-二氫- 1H -吡唑或喹啉。

最后，作者發現氨基甲酸銨可以被乙酸銨和磷酸鉀的組合所取代，作者可以利用該組合合成各種腈（¹⁵N-12a, ¹⁵N-52b），脒（¹⁵N₂-41a, ¹⁵N₂-44a, ¹⁵N₂-47a）及其皂化產物（¹⁵N-41b, ¹⁵N-41c）的¹⁵N類似物。同樣，作者可以獲得各種捕獲產物（¹⁵N-52a, ¹⁵N-54a, ¹⁵N-55a·HCl）的¹⁵N類似物。

（圖片來源：Science）