胥波课题组ACS Catal.：发散性合成磺酰基喹啉、甲酰基吲哚和喹诺酮

AuI与Ar-I的氧化加成可原位生成反应性的AuIII催化剂（Ar-AuIII-I）。与AuI 催化剂和其他过渡金属催化剂相比，Ar-AuIII-I可能具有不同的反应性。近日，东华大学胥波课题组报道了一种AuI-催化、AuI-ArI共催化和银催化乙炔基苯并噁嗪酮（benzoxazinanones）的发散性策略，从而分别合成了一系列磺酰基喹啉、甲酰基吲哚和喹诺酮衍生物。同时，该反应具有出色的化学选择性和区域选择性。文章链接DOI：10.1021/acscatal.2c02018

（图片来源：ACS Catal.）

阳离子金催化剂是活化不饱和C-C键最为有效的催化剂之一，如常见的AuI和AuIII配合物（Scheme 1a）。AuI催化剂是线性的双配位配合物，通常更具亲碳性。另一方面，AuIII配合物具有四配位平面几何构型，通常更具亲氧和亲电性。因此，AuI和AuIII催化剂通常表现出独特的反应性和选择性。如，在Toste课题组报道的α,β-不饱和醛与乙烯酮硅基缩醛的Mukaiyama-Michael反应中，通过使用AuI和AuIII催化剂，从而使反应具有发散性。

虽然AuIII配合物（如AuCl3、NaAuCl4等）经常用于金催化的开创性研究中，但AuIII配合物通常具有高氧化性，并且易于分解或导致反应的复杂性。因此，与AuI催化剂相比，对于AuIII催化剂的开发与研究极具挑战。其中，AuI催化剂的氧化加成是合成AuIII催化剂的一种有效方法，但强氧化剂的使用导致官能团耐受性差。最近，Bourissou课题组报道了一种通过使用半稳定配体用于引发ArI与AuI催化剂的氧化加成反应（Scheme 1b）。在此，东华大学胥波课题组报道了一种AuI-催化、AuI-ArI共催化和银催化乙炔基苯并噁嗪酮的发散性策略，从而分别合成了一系列磺酰基喹啉、甲酰基吲哚和喹诺酮衍生物（Scheme 1c）。

（图片来源：ACS Catal.）

首先，作者以乙炔基苯并噁嗪酮1a作为模型底物，进行了相关反应条件的筛选（Table 1）。当以MeDalPhosAuCl作为催化剂，AgClO4作为银盐，K3PO4作为碱，在DCE溶剂中反应，能以88%的收率获得磺酰喹啉产物2a。其次，当以MeDalPhosAuCl作为催化剂，ArI作为共催化剂，AgClO4作为银盐，K2CO3作为碱，在DCE溶剂中反应，可以85%的收率得到吲哚产物3a。此外，当以AgF作为催化剂，水作为添加剂，在DCE溶剂中反应，可以87%的收率得到喹诺酮产物4a。

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在获得上述最佳反应条件后，作者首先对合成磺酰基喹啉的底物范围进行了扩展（Scheme 2）。首先，当底物1中的R1为-Me、-OMe、-F、-Cl、-Br、-CF3时，均可顺利反应，获得相应的磺酰基喹啉产物2b-2n，收率为74-86%。其次，当底物1中的R2为苯基、卤素取代的苯基时，也与体系兼容，获得相应的磺酰基喹啉产物2o-2y，收率为60-87%。此外，克级规模实验，可以73%的收率获得磺酰基喹啉产物2a。

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紧接着，作者对合成甲酰基吲哚的底物范围进行了扩展（Scheme 3）。首先，当底物1中的R1为-Me、-OMe、-F、-Cl时，均可顺利反应，获得相应的甲酰基吲哚产物3b-3l，收率为65-83%。其次，当底物1中的R2为苯基、取代的苯基、萘基时，也与体系兼容，获得相应的甲酰基吲哚产物3o-3v，收率为60-75%。此外，克级规模实验，也可以68%的收率得到甲酰基吲哚产物3a。

（图片来源：ACS Catal.）

随后，作者对合成喹诺酮的底物范围进行了扩展（Scheme 4）。首先，当底物1中的R1为-Me、-OMe、-F、-Cl、-Br、-CF3时，均可顺利反应，获得相应的喹诺酮产物4b-4n，收率为73-83%。其次，当底物1中的R2为苯基、不同电性取代的苯基、萘基时，也与体系兼容，获得相应的喹诺酮产物4o-4y，收率为63-84%。此外，克级规模实验，也可以71%的收率得到喹诺酮产物4a。

（图片来源：ACS Catal.）

为了进一步了解反应的机理，作者进行了相关的控制实验（Scheme 5）。首先，通过18O-标记实验表明，水不是吲哚-2-甲醛3a中的氧来源（Scheme 5a），水是喹诺酮4a中的氧来源（Scheme 5b）。同时，1x在三种标准条件下，均未能生成相应的目标产物，从而说明末端炔烃的重要性（Scheme 5c）。其次，通过文献预合成的Ar-AuIII-I，同样具有相似的催化效率（Scheme 5d）。此外，与经典的AuI-催化体系相比，AuI-ArI共催化体系具有独特的选择性，如炔酮与磺胺类加成反应（Schemes 5e-5f）、2-(炔醇)芳基醛或酮环化反应（Schemes 5g-5h）、苯并噁唑与炔酰胺的环化反应（Schemes 5i-5j）。

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最后，作者提出了三种合理的催化循环过程（Scheme 6）。在AuI-催化体系中（Scheme 6a），首先，1a经6-endo-dig环化生成中间体A，A中的磺酰基迁移后形成碳阳离子中间体B。B中的磺酰基迁移可生成中间体C。或者，A可直接转化为中间体C（金(I)卡宾）。其次，C经阳离子金的1,2-H迁移和断裂，生成中间体D。D经碱介导的去羰基化后，生成中间体G。最后，H经碱介导的脱水过程，可生成喹啉产物2a。在AuI-ArI共催化体系中（Scheme 6b），AuI与Ar-I经氧化加成原位生成Ar-AuIII-I。1a经5-exo-dig环化生成中间体I。I经碱介导去羰基化后，生成中间体K。K可能经Au(I)-介导的1,3-烯丙醇异构化，生成中间体L。L经进一步的氧化后，可获得吲哚产物3a。在Ag-催化体系中（Scheme 6c），1a经银介导6-endo-dig环化生成中间体N。其次，N经碱介导的去羰基化后，生成醇中间体P。最后，P经氧化可生成喹诺酮产物4a。初步理论研究表明，发散性的起源（5-exo-dig vs 6-endo-dig）并非第一个环化步骤。

（图片来源：ACS Catal.）

总结：东华大学胥波课题组报道了一种AuI-催化、AuI-ArI共催化和银催化乙炔基苯并噁嗪酮的发散性策略，从而分别合成了一系列磺酰基喹啉、甲酰基吲哚和喹诺酮衍生物。同时，该反应具有底物范围广泛、官能团兼容性高、化学与区域选择性出色等特点。