叔膦催化新进展——缺电子乙烯基环丙烷的扩环重排

叔膦催化是有机分子催化领域的重要研究方向，已成为合成重要碳/杂环化合物的高效方法。目前叔膦催化的底物主要依赖于含有极化多重键的有机分子，如缺电子烯烃、炔烃、联烯及MBH衍生物等（图1），涉及的其他底物类型较少，一定程度上制约了叔膦催化反应的进一步发展。

最近，西安交通大学化学系的徐四龙副教授（点击查看介绍）设计将缺电子的乙烯基环丙烷1作为底物应用于叔膦催化反应（图1）。叔膦首先对缺电子的乙烯基环丙烷1亲核开环形成中间体A，由于鏻阳离子易离去，中间体A可通过S_N2′反应作为潜在的C₅合成子应用于中环化合物的合成。

图1. 叔膦催化的底物类型

作者首先考察了乙烯基环丙烷1a在三苯基膦作用下的反应活性，核磁波谱分析监测表明，反应在氘代氯仿中40 ℃下可顺利进行，并生成一种两性离子2a（图2）。反应可能经历了三苯基膦对1a的亲核开环，然后发生双键迁移的过程。

图2. 乙烯基环丙烷1a与三苯基膦的反应

有趣的是，当选用1,1-双乙酰基烯基环丙烷1b作为底物，反应在优化的条件下（三丁基膦催化下甲苯溶剂中110 ℃进行）能以85%的收率扩环重排为2-乙酰基-4-环庚烯酮2b（表1）。加入化学计量的水对反应影响不大，而采用严格干燥的反应条件会导致收率一定程度的下降，表明水在反应中扮演了重要的作用。

表1. 反应条件的优化^α

在确定最佳的反应条件后，作者对底物的普适性进行了考察（表2）。一系列不同取代基修饰的乙烯基环丙基酮均可参与反应，以47-90%的收率得到相应的环庚烯酮化合物。

表2. 底物适用范围的考察^α

作者还对环庚烯酮产物进行了衍生化，如与肼或羟胺反应得到吡唑或噁唑并环庚烯3，与苯炔发生插入扩环反应得到九元碳环化合物4（图3）。

图3. 产物的衍生化

最后，作者提出了可能的反应机理（图4）。首先，三丁基膦对乙烯基环丙烷1b亲核开环，形成两性离子中间体A，随后发生水辅助下的质子转移得到中间体B，最后经7-endo-trig S_N2′反应环化得到产物2b，同时释放催化剂。其中，水辅助的质子转移步骤可通过氘原子标记实验得到佐证（图5），而中间体A和B可由³¹P NMR跟踪实验加以验证（图6）。

图4. 反应可能的机理

图5. 氘原子标记实验

图6. ³¹P NMR跟踪实验

综上所述，作者从机理出发，设计将缺电子的乙烯基环丙烷应用于叔膦催化的反应中，发展了一类新颖的C₅合成子用于构筑中等环系分子。作者还报道了叔膦催化乙烯基环丙基酮的扩环重排反应用于高效合成环庚烯酮衍生物。该研究不但为叔膦催化的反应提供了新的研究空间，而且为乙烯基环丙烷化学的研究提供了新的思路。作者预测，该工作发展的C₅合成子中间体有望广泛应用于叔膦催化的反应中。相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，第一作者为硕士生伍军，通讯作者为徐四龙副教授。

该论文作者为：Jun Wu, Yuhai Tang, Wen Wei, Yong Wu, Yang Li, Junjie Zhang, Yuansuo Zheng, Silong Xu

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Phosphine‐Catalyzed Activation of Vinylcyclopropanes: Rearrangement of Vinylcyclopropylketones to Cycloheptenones

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 6284, DOI: 10.1002/anie.201800555

导师介绍

徐四龙

http://www.x-mol.com/university/faculty/49569