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  除此之外, 最近仍有关于α-卤代酰腙原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯所参与的环加成反应的报道^{[13, 14]}.综上所述, 在α-卤代酰腙原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯所参与的[4+2]环加成反应中, 尚未见与N＝N的环加成反应, 因此, 我们希望报道α-卤代酰腙原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯与偶氮酯类化合物的[4+2]环加成反应, 并合成相应的1, 2, 3, 4-四嗪类环加成产物(Scheme 2).

  1, 2, 3, 4-四嗪作为一种高氮化合物, 其含氮量达68.3%, 具有较高的能量密度, 在新型含能材料领域具有潜在的应用^{[1, 2]}.相比与文献中报道较多的1, 2, 4, 5-四嗪(均四嗪), 关于1, 2, 3, 4-四嗪类化合物的研究较少^[3].早在1979年, 德国化学家Schubert等^[4]报道了偶氮烯烃与偶氮酯的环加成反应.此后, 关于双烯体, 也就是偶氮烯烃结构的变换鲜有报道^[5].近年来, α-卤代酰腙通过碱催化可以原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯^[6], 在环加成中得到了广泛的应用(Scheme 1)^[7~14]. 2012年, Bolm小组[7a]报道了通过α-卤代酰腙原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯与硫叶立德发生的不对称[4+1]环加成反应, 在三氟甲磺酸铜与Tol-BINAP的催化下, 以高达97%的收率和94%的对映选择性得到了系列二氢吡唑类化合物. 2014年, Glorius小组[8a]发展了α-卤代酰腙原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯与α, β-不饱和醛的不对称[4+1]和[4+3]环加成反应, 在手性氮杂卡宾的催化下, 以高达99%的对映选择性得到了[4+3]环加成产物1, 2-二氮杂类化合物.相比于α-卤代酰腙参与的[4+1]和[4+3]环加成反应, α-卤代酰腙也可以参与[4+2]环加成反应.在2013年, 肖文精小组^[9]研究了α-卤代酰腙原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯与乙烯基醚的反电子需求的杂Diels-Alder反应, 在手性铜-噁唑啉催化下, 以高达99%的收率和90%的对映选择性得到系列手性哒嗪类化合物. 2014年, 王春江小组[10a]报道了α-卤代酰腙原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯与吲哚的反电子需求的氮杂Diels­Alder反应, 以吲哚的C(2)—C(3)双键作为亲双烯体, 一价铜盐为金属, 手性N, P-茂铁为手性配体, 以高达97%的收率, 极高的非对映选择性和高达99%的对映选择性得到了并环的吲哚类化合物. 2014年, Favi小组^[11]报道了α-卤代酰腙原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯与联烯类化合物的[4+2]环加成反应, 以高收率得到了系列哒嗪类化合物. 2015年, 罗三中小组^[12]实现了α-卤代酰腙原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯与简单烯烃, 特别是乙烯的[4+2]环加成反应, 以高达99%的收率得到了1, 4, 5, 6-四氢哒嗪类化合物.

  

  图图式2 通过α-卤代酰腙原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯与偶氮酯类化合物的[4+2]环加成反应

  Figure 图式2. [4+2] Cycloaddition of in situ generated 1, 2, -diaza-1, 3-dienes from α-halo-N-acylhydrazone with diazodicarboxylates

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  图图式1 α-卤代酰腙参与不同环加成反应的例子

  Figure 图式1. Selected examples of α-halo-N-acylhydrazones participated cycloaddition reactions

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  1    结果与讨论

  1.1    条件筛选

  我们以α-氯代酰腙(1a)和偶氮二甲酸乙酯(2)为标准底物, 二氯甲烷为溶剂, 首先考察了不同的碱对反应的影响(表 1).当使用碳酸钠作为碱来原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯时, 该氮杂二烯与偶氮二甲酸乙酯能很好地发生[4+2]环加成反应, 以89%的收率得到相应的1, 2, 3, 4-四嗪类化合物3a(表 1, Entry 1).当使用碳酸钾作为碱时, 反应收率降低到71%(表 1, Entry 2).当选择碱性较强的碳酸铯和氢氧化钾时, 目标产物的收率更低, 分别为51%和56%(表 1, Entries 3, 4).紧接着, 我们又考察了有机碱, 包括三乙胺和二异丙基乙基胺, 都没获得更好的结果(表 1, Entries 5, 6).因此, 我们选择碳酸钠作为碱, 来对反应溶剂进行筛选(表 1, Entries 7~11).首先考察氯代溶剂对反应的影响. 1, 2-二氯乙烷和氯仿作为反应溶剂时, 反应都能很好地进行, 能以79%~81%的收率得到相应的1, 2, 3, 4-四嗪类产物3a(表 1, Entries 7, 8).当使用乙腈作为溶剂时, [4+2]环加成反应仍能以72%的收率得到相应的目标产物(Entry 9).相比较而言, 四氢呋喃作溶剂时, 反应进行得不好, 收率极低(表 1, Entry 10).而使用甲苯作溶剂时, 反应能以78%的收率得到产物3a(表 1, Entry 11).故选择二氯甲烷作为最佳溶剂.当反应时间从12 h缩短为6 h, 反应收率从89%下降到61%(表 1, Entries 1和12).综上所述, 该[4+2]环加成反应的最佳条件为:碳酸钠作为碱, 二氯甲烷作为溶剂, 反应12 h (Entry 1).

  表1 [4+2]环加成反应条件的优化^a Table1. Condition screening for the [4+2] cycloaddition reaction

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  Entry	Base	Solvent	Time/h	Yield b /%
  1	Na2CO3	CH2Cl2	12	89
  2	K2CO3	CH2Cl2	12	71
  3	Cs2CO3	CH2Cl2	12	51
  4	KOH	CH2Cl2	12	56
  5	Et3N	CH2Cl2	12	13
  6	i-Pr2NEt	CH2Cl2	12	70
  7	Na2CO3	ClCH2CH2Cl	12	81
  8	Na2CO3	CHCl3	12	79
  9	Na2CO3	CH3CN	12	72
  10	Na2CO3	THF	12	13
  11	Na2CO3	Toluene	12	78
  12	Na2CO3	CH2Cl2	6	61
  a Reactions conditions: α-chloro-N-acylhydrazones (1a) (0.1 mmol) and diazodicarboxylate (2a) (0.11 mmol) with base (2.0 equiv.), solvent (1.0 mL) at 30 ℃; b Isolated yields.

  表1 [4+2]环加成反应条件的优化^a
  Table1. Condition screening for the [4+2] cycloaddition reaction

  1.2    底物扩展

  在上述最优条件下(表 1, Entry 1), 考察了该[4+2]环加成反应的底物普适性(表 2).在考察双烯体部分的时候, 发现当R¹为芳基时, 无论苯环上连有拉电子基团(氯、溴、氟)或供电子基团(甲氧基、叔丁基), 该[4+2]环加成反应都能以较高的收率得到相应的1, 2, 3, 4-四嗪类化合物(表 2, Entries 1~9, 产率78%~89%).当使用苯并环己酮衍生的α-氯代酰腙时, 该环加成反应仍能很好地进行, 以68%的收率得到目标产物3j(表 2, Entry 10).当用α-溴代酰腙作为底物时, 反应收率下降至78%(表 2, Entry 11).接下来, 考察了双烯体中的酰肼部分.当苯甲酰肼上连有拉电子基团时, 以74%~88%的收率得到相应的1, 2, 3, 4-四嗪类产物3k~3p(表 2, Entries 12~15).当苯甲酰肼上连有供电子基团时, 反应也进行的很好(表 2, Entries 16, 17, 产率73%~88%).当叔丁氧羰酰肼衍生的α-氯代酰腙作为底物时, 反应收率有所降低, 以40%的收率得到了相应的环加成产物3q(表 2, Entry 18).最后, 对偶氮二甲酸酯的酯基进行考察, 结果显示:使用异丙基衍生的偶氮作为底物时, 反应能以86%的收率得到相应的环加成产物3r(表 2, Entry 19).当使用位阻较大的叔丁基或苯甲基衍生的偶氮作为亲双烯体, 反应的收率略有下降(表 2, Entries 20, 21, 产率74%~81%).

  表2 [4+2]环加成反应的底物普适性考察^a Table2. Substrates scope of the [4+2] cycloaddition reactions

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  Entry	R 1	R 2	X	R 3	Product	Yield b /%
  1	Ph	Ph	Cl	Et	3a	89
  2	3-ClC6H4	Ph	Cl	Et	3b	88
  3	4-ClC6H4	Ph	Cl	Et	3c	87
  4	2, 4-Cl2C6H3	Ph	Cl	Et	3d	79
  5	4-BrC6H4	Ph	Cl	Et	3e	80
  6	4-FC6H4	Ph	Cl	Et	3f	83
  7	2, 5-F2C6H3	Ph	Cl	Et	3g	85
  8	4-MeOC6H4	Ph	Cl	Et	3h	80
  9	4-t-BuC6H4	Ph	Cl	Et	3i	78
  10				Et	3j	68
  11	Ph	Ph	Br	Et	3a	78
  12	Ph	2-ClC6H4	Cl	Et	3k	88
  13	Ph	3-ClC6H4	Cl	Et	3l	87
  14	Ph	4-ClC6H4	Cl	Et	3m	74
  15	Ph	4-BrC6H4	Cl	Et	3n	87
  16	Ph	4-MeOC6H4	Cl	Et	3o	88
  17	Ph	4-MeC6H4	Cl	Et	3p	73
  18	Ph	t-Bu	Cl	Et	3q	40
  19	Ph	Ph	Cl	i-Pr	3r	86
  20	Ph	Ph	Cl	t-Bu	3s	81
  21	Ph	Ph	Cl	Bn	3t	74
  a Reactions conditions: α-halo-N-acylhydrazones (1) (0.1 mmol) and diazodicarboxylate (2) (0.11 mmol) with Na2CO3 (2.0 equiv.), CH2Cl2 (1.0 mL) at 30 ℃ for 12 h; b Isolated yields.

  表2 [4+2]环加成反应的底物普适性考察^a
  Table2. Substrates scope of the [4+2] cycloaddition reactions

  1.3    放大量实验

  为了试验该[4+2]环加成反应的应用前景, 我们进行了放大量实验(Eq. 1).将反应用量放大50倍, 使用5 mmol的α-氯代酰腙进行实验, 以88%的收率得到了1.82 g 1, 2, 3, 4-四嗪产物1c, 反应的收率相比于0.1 mmol规模时基本保持.

  2    结论

  以α-卤代酰腙原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯与偶氮二甲酸酯的[4+2]环加成反应, 构建了系列1, 2, 3, 4-四嗪类产物.该反应具有较好的底物普适性, 对于系列α-卤代酰腙和偶氮酯都能获得较好的收率.该方法反应条件温和, 原位产生1, 2-二氮杂-1, 3-二烯后, 无需外加任何催化剂, 就能很好地进行该环加成反应.此外, 该反应能在克级规模上进行反应, 具有较好的应用前景.

  3    实验部分

  3.1    仪器与试剂

  ¹H NMR (400 MHz)和¹³C NMR (100 MHz)采用Bruker AV 400核磁共振仪测定, 所用溶剂为CDCl₃, TMS为内标; HRMS (ESI)采用英国VG公司ZAB-ZSE型双聚焦高分辨质谱仪测定; 熔点用X-5显微熔点仪测定; 实验所用试剂均为市售分析化试剂.

  3.2    1, 2, 3, 4-四嗪产物3a的合成

  3-苯甲酰基-5-(4-甲氧基苯基)-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3h):白色固体, 产率80%. m.p. 160~161 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.87 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.74 (d, J=8.0 Hz, ¹H), 7.58~7.40 (m, 5H), 6.93 (d, J=8.0 Hz, ¹H), 4.90 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.42 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.35~4.18 (m, 4H), 3.93 (s, 3H), 1.35 (t, J=8.0 Hz, 3H), 1.23 (t, J=8.0 Hz, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 165.3, 157.0, 154.7, 132.8, 131.4, 129.7, 127.7, 127.5, 126.6, 125.3, 123.2, 65.4, 63.5, 56.3, 41.5, 14.5, 14.1; HRMS calcd for C₂₂H₂₄N₄O₆Na [M+Na⁺] 463.1588, found 463.1594.

  3-苯甲酰基-5-苯基-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸叔丁酯(3s):白色固体, 产率81%. m.p. 131~132 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.93 (d, J=4.0 Hz, 2H), 7.76~7.72 (m, 2H), 7.75~7.37 (m, 6H), 4.84 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.41 (d, J=16.0 Hz, ¹H), 1.52 (s, 9H), 1.37 (s, 9H). ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 165.3, 153.3, 146.1, 133.6, 133.2, 131.2, 130.8, 129.7, 128.8, 127.7, 85.8, 82.9, 41.6, 28.2, 28.0, 27.7; HRMS calcd for C₂₅H₃₀N₄O₅Na [M+Na⁺] 489.2108, found 489.2117.

  3-邻氯苯甲酰基-5-苯基-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3k):黄色油状物, 产率88%. ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.50~7.25 (m, 9H), 5.03 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.42 (d, J=16.0 Hz, ¹H), 4.38~4.21 (m, 4H), 1.33 (t, J=8.0 Hz, 6H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 163.5, 154.5, 134.3, 133.4, 133.1, 131.6, 130.9, 129.3, 129.0, 128.8, 126.5, 125.4, 65.4, 63.5, 41.6, 14.5, 14.2; HRMS calcd for C₂₁H₂₂ClN₄O₅ [M+H⁺] 445.1273, found 445.1266.

  3-苯甲酰基-5-苯基-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸苯甲酯(3t):黄色固体, 产率74%. m.p. 100~101 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.75 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.62 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.45~7.32 (m, 9H), 7.30~7.23 (m, 3H), 7.20~7.18 (m, 4H), 5.40~5.10 (m, 4H), 4.9 (d, J=16.0 Hz, ¹H), 4.42 (d, J=20.0 Hz, ¹H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 165.3, 154.7, 145.2, 134.2, 133.1, 132.6, 131.3, 130.9, 129.7, 128.8, 128.7, 128.6, 128.5, 128.4, 128.1, 127.9, 127.6, 125.0, 100.0, 70.5, 68.8, 41.9; HRMS calcd for C₃₁H₂₆N₄O₅Na [M+Na⁺] 557.1795, found 557.1798.

  3-苯甲酰基-5-叔丁基-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3q):白色固体, 产率40%. m.p. 65~66 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.79~7.42 (m, 2H), 7.45~7.38 (m, 3H), 4.95~4.91 (m, ¹H), 4.42~4.36 (m, ¹H), 4.35~4.25 (m, 4H), 1.58 (s, 6H), 1.56 (s, 3H), 1.35~1.27 (m, 6H); HRMS calcd for C₁₉H₂₆N₄O₅Na [M+Na⁺] 413.1795, found 413.1799.

  3-苯甲酰基-5-(4-氟苯基)-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3f):白色固体, 产率83%. m.p. 150~151 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.87 (d, J=7.6 Hz, 2H), 7.74~7.64 (m, 2H), 7.56~7.46 (m, ¹H), 7.45~7.41 (m, 2H), 7.14~7.04 (m, 2H), 4.94 (d, J=18.0 Hz, ¹H), 4.43 (d, J=18.4 Hz, ¹H), 4.36~4.19 (m, 4H), 1.33 (t, J=7.2 Hz, 3H), 1.23 (t, J=7.2 Hz, 3H); 13C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 165.5, 165.3, 163.0, 154.7, 144.3, 132.8, 131.4, 129.7, 129.5, 129.5, 127.7, 127.7, 127.6, 116.1, 115.9, 65.4, 63.5, 41.6, 14.5, 14.1; HRMS calcd for C₂₁H₂₁FN₄O₅Na [M+Na⁺] 451.1388, found 451.1385.

  3-苯甲酰基-5-(3-氯苯基)-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3b):白色固体, 产率88%. m.p. 123~124 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.88 (d, J=7.2 Hz, 2H), 7.87 (s, ¹H), 7.59~7.49 (m, 2H), 7.48~7.36 (m, 3H), 7.40~7.36 (m, ¹H), 4.93 (d, J=18.0 Hz, ¹H), 4.44 (d, J=18.4 Hz, ¹H), 4.38~4.16 (m, 4H), 1.34 (t, J=7.2 Hz, 3H), 1.24 (t, J=7.2 Hz, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 165.3, 154.7, 154.2, 143.9, 135.1, 135.1, 132.7, 131.6, 130.9, 130.1, 129.8, 127.8, 125.7, 123.6, 65.5, 63.6, 41.7, 14.6, 14.1; HRMS calcd for C₂₁H₂₁ClN₄O₅Na [M+Na⁺] 467.1093, found 467.1099.

  3-苯甲酰基-5-苯基-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3a):白色固体, 产率89%. m.p. 106~107 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.89 (d, J=7.2 Hz, 2H), 7.72~7.66 (m, 2H), 7.55~7.49 (m, ¹H), 7.48~7.35 (m, 5H), 4.98 (d, J=18.4 Hz, ¹H), 4.47 (d, J=18.0 Hz, ¹H), 4.36~4.18 (m, 4H), 1.34 (t, J=6.8 Hz, 3H), 1.24 (t, J=6.8 Hz, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 165.2, 154.6, 154.2, 145.1, 133.2, 132.8, 131.3, 130.8, 129.7, 128.7, 127.6, 125.4, 65.2, 63.3, 41.7, 14.5, 14.0; HRMS calcd for C₂₁H₂₂N₄O₅Na [M+Na⁺] 433.1482, found 433.1491.

  2-苯甲酰基-2, 4a, 5, 6-四氢萘基[1, 2-e]-1, 2, 3, 4-四嗪-3, 4-二羧酸乙酯(3j):白色油状物, 产率68%. ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.90 (d, J=8.0 Hz, ¹H), 7.87 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.53~7.50 (m, ¹H), 7.45~7.41 (m, 2H), 7.38~7.30 (m, ¹H), 7.24~7.14 (m, 2H), 4.72~4.66 (m, ¹H), 4.35~4.14 (m, 4H), 3.21~3.10 (m, ¹H), 3.04~2.97 (m, ¹H), 2.57~2.50 (m, ¹H), 2.18~2.08 (m, ¹H), 1.33 (t, J=8.0 Hz, 3H), 1.21 (t, J=8.0 Hz, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 165.9, 155.1, 138.3, 133.0, 131.3, 131.0, 129.9, 129.7, 129.1, 127.6, 126.7, 125.2, 65.1, 63.2, 53.4, 30.4, 29.8, 28.8, 28.6, 22.8, 14.5, 14.1; HRMS calcd for C₂₃H₂₄N₄O₅Na [M+Na⁺] 459.1639, found 459.1648.

  化合物3b~3t按化合物3a的方法合成.

  3-苯甲酰基-5-苯基-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸异丙酯(3r):白色固体, 产率86%. m.p. 156~157 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.90 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.76~7.70 (m, 2H), 7.54~7.48 (m, ¹H), 7.46~7.38 (m, 5H), 5.12~5.02 (m, ¹H), 4.96~4.86 (m, 2H), 4.44 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 1.34 (d, J=8.0 Hz, 3H), 1.29 (d, J=4.0 Hz, 3H), 1.20 (d, J=8.0 Hz, 3H), 1.16 (d, J=8.0 Hz, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 165.4, 154.3, 133.4, 133.1, 130.9, 129.7, 128.8, 127.7, 125.6, 74.0, 71.4, 41.8, 22.1, 22.0, 21.7, 21.5; HRMS calcd for C₂₃H₃₇N₄O₅ [M+H⁺] 439.1976, found 439.1986.

  3-苯甲酰基-5-(4-叔丁基苯基)-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3i):黄色油状物, 产率78%. ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.88 (d, J=7.6 Hz, 2H), 7.63 (d, J=8.4 Hz, 2H), 7.55~7.49 (m, ¹H), 7.46~7.36 (m, 4H), 4.97 (d, J=18.4 Hz, ¹H), 4.47 (d, J=18.0 Hz, ¹H), 4.36~4.18 (m, 4H), 1.36~1.29 (m, 12H), 1.24 (t, J=7.2 Hz, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 165.5, 154.9, 154.6, 133.1, 131.4, 130.6, 129.9, 127.7, 125.9, 125.4, 65.4, 63.5, 41.8, 35.0, 31.2, 14.6, 14.2; HRMS calcd for C₂₅H₃₀N₄O₅Na [M+Na⁺] 489.2108, found 489.2118.

  3-苯甲酰基-5-(4-溴苯基)-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3e):黄色油状物, 产率80%. ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.86 (d, J=7.2 Hz, 2H), 7.59~7.49 (m, 5H), 7.42~7.47 (m, 2H), 4.93 (d, J=18.0 Hz, ¹H), 4.43 (d, J=18.0 Hz, ¹H), 4.36~4.18 (m, 4H), 1.34 (t, J=7.2 Hz, 3H), 1.23 (t, J=7.2 Hz, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 165.3, 154.7, 154.2, 144.2, 132.7, 132.2, 132.1, 131.5, 129.8, 127.8, 127.0, 125.0, 65.5, 63.6, 41.6, 14.6, 14.1; HRMS calcd for C₂₁H₂₁BrN₄O₅Na [M+Na⁺] 511.0588, found 511.0591.

  3-对甲氧基苯甲酰基-5-苯基-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3o):黄色固体, 产率88%. m.p. 148~149 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.95 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.73~7.69 (m, 2H), 7.48~7.36 (m, 3H), 6.94 (d, J=8.0 Hz, 2H), 4.98 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.48 (d, J=16.0 Hz, ¹H), 4.38~4.16 (m, 4H), 3.88 (s, 3H), 1.35 (t, J=8.0 Hz, 3H), 1.23 (t, J=8.0 Hz, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 164.7, 162.2, 154.8, 154.4, 144.7, 133.4, 132.2, 130.8, 128.8, 125.5, 124.7, 113.0, 65.2, 63.4, 55.4, 41.7, 14.5, 14.1; HRMS calcd for C₂₂H₂₄N₄O₆Na [M+Na⁺] 463.1588, found 463.1586.

  3-苯甲酰基-5-(2, 5-二氟苯基)-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3g):白色固体, 产率85%. m.p. 112~113 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.86 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.74~7.50 (m, ¹H), 7.44 (t, J=8.0 Hz, 3H), 7.14~7.04 (m, 2H), 4.95 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.51 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.36~4.20 (m, 4H), 1.33 (t, J=4.0 Hz, 3H), 1.25 (t, J=8.0 Hz, 3H); HRMS calcd for C₂₁H₂₀F₂N₄O₅Na [M+Na⁺] 469.1294, found 469.1296.

  3-对氯苯甲酰基-5-苯基-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3m):黄色固体, 产率74%. m.p. 140~141 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.86 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.69 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.49~7.39 (m, 5H), 4.99 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.47 (d, J=16.0 Hz, ¹H), 4.39~4.19 (m, 4H), 1.35 (t, J=4.0 Hz, 3H), 1.24 (t, J=4.0 Hz, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 164.3, 154.6, 154.2, 145.6, 137.6, 133.1, 131.3, 131.2, 131.1, 128.9, 128.0, 125.5, 65.5, 63.5, 41.7, 14.6, 14.1; HRMS calcd for C₂₁H₂₂ClN₄-O₅ [M+H⁺] 445.1273, found 445.1269.

  3-间氯苯甲酰基-5-苯基-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3l):白色固体, 产率87%. m.p. 35~36 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.87 (s, ¹H), 7.76 (d, J=8.0 Hz, ¹H), 7.71~7.65 (m, 2H), 7.49~7.26 (m, 5H), 4.98 (d, J=16.0 Hz, ¹H), 4.47 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.35~4.17 (m, 4H), 1.32 (t, J=8.0 Hz, 3H), 1.24 (t, J=8.0 Hz, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 164.0, 154.6, 154.2, 146.0, 134.6, 133.7, 133.1, 131.4, 131.1, 129.8, 129.1, 128.9, 127.9, 125.5, 65.5, 63.6, 41.7, 14.6, 14.1; HRMS calcd for C₂₁H₂₃N₄ClO₅ [M+H⁺] 445.1273, found 445.1266.

  辅助材料(Supporting Information)产物合成步骤及核磁共振图.这些材料可以免费从本刊网站http://sioc-journal.cn/上下载.

  3-苯甲酰基-5-(4-氯苯基)-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3c):白色固体, 产率88%. m.p. 103~104 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.86 (d, J=7.6 Hz, 2H), 7.62 (d, J=8.8 Hz, 2H), 7.54~7.48 (m, ¹H), 7.46~7.40 (m, 2H), 7.39~7.34 (m, 2H), 4.93 (d, J=18.0 Hz, ¹H), 4.43 (d, J=18.4 Hz, ¹H), 4.38~4.19 (m, 4H), 1.33 (t, J=7.2 Hz, 3H), 1.23 (t, J=7.2 Hz, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 165.3, 154.7, 154.2, 144.2, 137.0, 132.7, 131.8, 131.5, 129.7, 129.1, 127.8, 126.8, 65.5, 63.5, 41.6, 14.6, 14.1; HRMS calcd for C₂₁H₂₁ClN₄O₅Na [M+Na⁺] 467.1093, found 467.1095.

  3-苯甲酰基-5-(2, 4-二氯苯基)-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3d):白色固体, 产率80%. m.p. 115~116 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.87 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.49 (t, J=8.0 Hz, ¹H), 7.44~7.29 (m, 5H), 4.72 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.52 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.36~4.20 (m, 4H), 1.33 (t, J=8.0 Hz, 3H), 1.24 (t, J=8.0 Hz, 3H); 13C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 165.5, 154.8, 154.0, 147.1, 136.7, 133.3, 132.4, 132.1, 131.6, 131.3, 130.2, 129.7, 127.8, 65.6, 63.5, 44.4, 14.5, 14.2; HRMS calcd for C₂₁H₂₀Cl₂N₄O₅Na [M+Na⁺] 501.0703, found 501.0711.

  在反应试管中加入α-氯代酰腙(0.1 mmol)和CH₂Cl₂ (1.0 mL), 30 ℃下进行搅拌.随后, 依次倒入碳酸钠粉末(2.0 equiv.)和偶氮二甲酸二乙酯(0.11 mmol). 30 ℃下搅拌12 h. TLC监测反应完全后, 通过硅胶柱层析[V(石油醚):V(乙酸乙酯)=4:1]得到目标产物3a(该化合物可能具有较高的能量密度, 具有潜在的危险性, 使用时要多加注意).

  3-对甲基苯甲酰基-5-苯基-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3p):黄色晶体, 产率73%. m.p. 122~123 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.82 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.73~7.69 (m, 2H), 7.46~7.38 (m, 3H), 7.24 (d, J=8.0 Hz, 2H), 4.98 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.48 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.36~4.17 (m, 4H), 2.42 (s, 3H), 1.34 (t, J=8.0 Hz, 3H), 1.23 (t, J=8.0 Hz, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 165.3, 154.8, 154.4, 144.9, 133.4, 130.9, 130.0, 129.8, 128.8, 128.4, 125.5, 65.3, 63.4, 41.8, 21.7, 14.5, 14.1; HRMS calcd for C₂₂H₂₄N₄O₅Na [M+Na⁺] 447.1639, found 447.1635.

  3-(对溴苯甲酰基)-5-苯基-3, 6-二氢-1, 2, 3, 4-四嗪-1, 2-二羧酸乙酯(3n):黄色固体, 产率87%. m.p. 125~126 ℃; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.78 (d, J=12.0 Hz, 2H), 7.69 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.59 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.48~7.40 (m, 3H), 4.98 (d, J=20.0 Hz, ¹H), 4.47 (d, J=16.0 Hz, ¹H), 4.38~4.19 (m, 4H), 1.35 (t, J=8.0 Hz, 3H), 1.28~1.22 (m, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ: 164.5, 154.7, 145.8, 133.2, 131.8, 131.5, 131.2, 131.1, 129.0, 126.3, 125.6, 65.5, 63.6, 41.8, 29.8, 14.6, 14.2; HRMS calcd for C₂₁H₂₁BrN₄O₅Na [M+Na⁺] 511.0588, found 511.0594.

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     (d) Voronin, A. A.; Zelenov, V. P.; Churakov, A. M.; Strelenko, Y. A.; Tartakovsky, V. A. Russ. Chem. Bull., Int. Ed. 2014, 63, 475.

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      (d) Attanasi, O. A.; Favi, G.; Geronikaki, A.; Mantellini, F.; Moscatelli, G.; Paparisva, A. Org. Lett. 2013, 15, 2624.

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  图式1  α-卤代酰腙参与不同环加成反应的例子

  Scheme 1  Selected examples of α-halo-N-acylhydrazones participated cycloaddition reactions

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  图式2  通过α-卤代酰腙原位生成1, 2-二氮杂-1, 3-二烯与偶氮酯类化合物的[4+2]环加成反应

  Scheme 2  [4+2] Cycloaddition of in situ generated 1, 2, -diaza-1, 3-dienes from α-halo-N-acylhydrazone with diazodicarboxylates

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  表 1  [4+2]环加成反应条件的优化^a

  Table 1.  Condition screening for the [4+2] cycloaddition reaction

  Entry	Base	Solvent	Time/h	Yield b /%
  1	Na2CO3	CH2Cl2	12	89
  2	K2CO3	CH2Cl2	12	71
  3	Cs2CO3	CH2Cl2	12	51
  4	KOH	CH2Cl2	12	56
  5	Et3N	CH2Cl2	12	13
  6	i-Pr2NEt	CH2Cl2	12	70
  7	Na2CO3	ClCH2CH2Cl	12	81
  8	Na2CO3	CHCl3	12	79
  9	Na2CO3	CH3CN	12	72
  10	Na2CO3	THF	12	13
  11	Na2CO3	Toluene	12	78
  12	Na2CO3	CH2Cl2	6	61
  a Reactions conditions: α-chloro-N-acylhydrazones (1a) (0.1 mmol) and diazodicarboxylate (2a) (0.11 mmol) with base (2.0 equiv.), solvent (1.0 mL) at 30 ℃; b Isolated yields.

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  表 2  [4+2]环加成反应的底物普适性考察^a

  Table 2.  Substrates scope of the [4+2] cycloaddition reactions

  Entry	R 1	R 2	X	R 3	Product	Yield b /%
  1	Ph	Ph	Cl	Et	3a	89
  2	3-ClC6H4	Ph	Cl	Et	3b	88
  3	4-ClC6H4	Ph	Cl	Et	3c	87
  4	2, 4-Cl2C6H3	Ph	Cl	Et	3d	79
  5	4-BrC6H4	Ph	Cl	Et	3e	80
  6	4-FC6H4	Ph	Cl	Et	3f	83
  7	2, 5-F2C6H3	Ph	Cl	Et	3g	85
  8	4-MeOC6H4	Ph	Cl	Et	3h	80
  9	4-t-BuC6H4	Ph	Cl	Et	3i	78
  10				Et	3j	68
  11	Ph	Ph	Br	Et	3a	78
  12	Ph	2-ClC6H4	Cl	Et	3k	88
  13	Ph	3-ClC6H4	Cl	Et	3l	87
  14	Ph	4-ClC6H4	Cl	Et	3m	74
  15	Ph	4-BrC6H4	Cl	Et	3n	87
  16	Ph	4-MeOC6H4	Cl	Et	3o	88
  17	Ph	4-MeC6H4	Cl	Et	3p	73
  18	Ph	t-Bu	Cl	Et	3q	40
  19	Ph	Ph	Cl	i-Pr	3r	86
  20	Ph	Ph	Cl	t-Bu	3s	81
  21	Ph	Ph	Cl	Bn	3t	74
  a Reactions conditions: α-halo-N-acylhydrazones (1) (0.1 mmol) and diazodicarboxylate (2) (0.11 mmol) with Na2CO3 (2.0 equiv.), CH2Cl2 (1.0 mL) at 30 ℃ for 12 h; b Isolated yields.

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