可见光诱导有机催化[2+1]环化合成环丙烯醇

作为最小的不饱和碳环，环丙烯由于其高的环张力（54.1 kcal/mol）引起了人们的广泛关注，其合成和应用得到了很好的发展。然而，作为官能团化环丙烯的一个子类，环丙烯醇几乎是未知的，缺少合成该类化合物的通用方法；因此，相应的应用也是极少的。Agosta及其同事报道了唯一一例光诱导的2,2,6,6-四甲基-4-庚炔—酮-、2,3-二甲基-2-丁烯和H₂O的反应合成环丙烯醇。但该反应需要紫外光来促进，底物范围尚未研究。因此，开发实用的环丙烯醇合成方法具有重要价值。作者设想炔烃与酰基硅烷衍生的卡宾的 2+1 环化可能是合成环丙烯醇的一种方案。然而，Bolm 及其同事的工作仅得到了硅烷酰化的产物，并没有分离得到环丙烯醇。此外，该反应的底物范围相当有限，只有活化的内炔烃才是合适的底物，尽管分子内反应可以耐受许多活性较低的炔烃。作者推断芳基酰基产生的供体-供体卡宾是亲核的。最近，武汉大学沈晓（点击查看介绍）课题组首次提出了利用三氟甲基酰基硅烷产生双亲的donor-acceptor卡宾与炔烃的[2+1]环化反应来制备环丙烯醇类化合物。

作者发现，苯乙炔与三氟甲基酰基硅烷的环化反应中加入催化量4CzIPN对反应收率有着极大的提高，并且通过荧光猝灭实验验证了酰基硅烷可以淬灭光催化剂4CzIPN。在最优条件下，作者对末端炔烃、内炔烃、未活化的炔烃、高度活化的炔烃以及生物活性分子衍生物底物适用范围进行了详细的考察。结果表明，不同官能团取代炔烃均表现高的反应活性，以良好到优异的产率的得到[2+1]环化产物。当使用TMSCl/MeOH对反应进行后处理，[2+1]环化产物很容易转化为相应的环丙烯醇。

随后，作者也实现了该反应的克级反应，并且在太阳光的照射下，该反应同样也能进行，以良好的收率得到[2+1]环化产物。值得注意的是，乙炔气体的反应在白光下也表现良好，以 78% 的收率得到环化产物。

此外，作者发现当对合成的底物进行氢化时，使用环丙烯基醚底物的时候，得到的是dr值较差的环丙基醇，而使用环丙烯醇为底物时，非对映选择性很高。作者推测高非对映选择性可能是由于空间效应和OH基团与非均相Pd催化剂的配位作用。

在之前的基础上，作者实现了一锅法来制备环丙基醇，该反应表现出良好的底物普适性和非对映选择性。

作者也对合成的产物进行了一系列的转化。当使用环丙烯基醚时，可以实现它的溴化、开环硫化以及与酮和CO₂的反应。当使用环丙烯基醇为底物时，可以开环得到相应的氟化烯烃。

作者提出了该反应可能的机理，首先，光催化剂4CzIPN 在光照下转变为激发态，然后将能量转移到基态试剂 2a以生成双自由基中间体A。通过中间体A的1,2-硅转移生成 α-CF₃硅氧基卡宾B；中间体B和炔烃1发生[2+1]环化得到产物3。虽然作者不能完全排除单线态卡宾的存在，但以下实验结果支持了三线态卡宾的参与：1）cis-11 和酰基硅烷2a得到了环丙烷的顺式和反式异构体的混合物；2）化合物cis-11在标准条件下没有发生异构化；3）化合物12a在标准条件下没有异构化为化合物12a'。

在该工作中，沈晓教授团队开发了一种新型可见光诱导的有机催化[2+1]环化反应，用于合成环丙烯醇。三氟甲基酰基硅烷衍生的donor-acceptor卡宾是两亲的，与活化和未活化的炔烃均能有效反应，提供了一种实用的方法合成ɑ-三氟甲基化环丙烯醇。该反应操作简单，反应条件温和，底物范围广，官能团耐受性好。同时，该反应可以实现克级反应以及一锅法高对映选择性合成三氟甲基化环丙醇，展示了该反应的潜在的合成潜力。

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Synthesis of Cyclopropenols Enabled by Visible-Light-Induced Organocatalyzed [2+1] Cyclization

Gang Zhou,Xiao Shen

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202115334

导师介绍

沈晓

https://www.x-mol.com/university/faculty/45852