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导读
近日，德国斯图加特大学Bernd Plietker课题组报道了一种新型的环丙基取代烯炔衍生物的环异构化（cycloisomerizations）过程，涉及将环异构化与环丙烷中C-C键的活化相结合。
正文
近日，德国斯图加特大学Bernd Plietker课题组报道了一种新型的环丙基取代烯炔衍生物的环异构化（cycloisomerizations）过程，涉及将环异构化与环丙烷中C-C键的活化相结合。其中，使用[(Ph3P)2Fe(CO)(NO)]BF4作为催化剂，在温和的条件下合成了一系列非天然（non-canonical）三环环丁烷衍生物，具有良好的收率以及高立体控制性。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
通过简单易得的起始原料，经环异构化策略，可直接构建结构复杂的环化化合物。在该领域，化学家们主要集中在Rh-和Ir-配合物催化的研究。同时，作为π-Lewis酸催化剂的Au(I)-配合物为该领域开辟了一个全新的方向。最近，Plietker课题组报道了一种阳离子16-电子Fe(0)-配合物[(Ph3P)2Fe(CO)(NO)]BF4（2）可作为π-Lewis酸催化剂，可实现烯炔乙酸酯或芳基烯基酮的氧化还原中性环异构化（eq. 1）。早在1995年，Wender或Shintani/Hayashi课题组开创性使用Rh-配合物实现环丙基取代烯炔（5）的环异构化，获得了形式[5+2]-环加成产物（eq. 2）。2006年，Echavarren课题组使用Au(I)-配合物作为π-Lewis-酸，实现了环丙基取代的烯炔（7）的环异构化，获得环异构化-Prins-环化的稠合三环产物8（eq. 3）。近日，德国斯图加特大学Bernd Plietker课题组报道了阳离子铁配合物[(Ph3P)2Fe(NO)(CO)]BF4催化环丙基取代烯炔的环异构化-C-C键活化的策略，构建了一系列复杂的三环n,5,4-骨架（存在于天然产物中，如sulcatine G或kelsoene）（Scheme 1）。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
首先，作者以环丙基取代的烯炔衍生物12作为模型底物，进行了相关环异构化反应条件的筛选（Table 1）。当以[(Ph3P)2Fe(NO)(CO)]BF4（2）作为催化剂，在CH2Cl2溶剂中50 oC下反应22 h，可以80%的收率得到三环产物13。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
在获得上述最佳反应条件后，作者对底物范围进行了扩展（Scheme 2）。研究表明，一系列不同取代的环丙基烯炔衍生物，均可顺利进行反应，获得相应的稠合三环环丁烷产物13-29，收率为34-98%。其中，含有卤素、烷氧基和酰胺基取代的底物，均与体系兼容。同时，当使用多取代的高炔丙基酰胺时，可以良好的收率生成四环稠合化合物29。p-取代基Y的性质，对于反应的收率有着显著的影响（13-19vs.20-24）。+M-取代基，可增加产物13-19的收率，从而表明在炔丙基乙酸酯活化过程中需要稳定部分正电荷，而环丙烷单元中芳基对位取代则相反（20-24）。因此，催化剂控制的环丙烷C-C键活化的方向，而不是碳阳离子（Wagner-Meerwein型）开环反应的方向。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
由于上述产物13-29的形成过程，涉及环异构化和随后消除两步过程，作者认为，底物中酯基单元的改变，可能会减缓消除过程，从而获得相应的烯丙基乙酸酯（allylic acetate）（Scheme 3）。因此，作者合成了一系列炔丙醇酯（propargylic esters）衍生物30-37，并在标准条件下反应，均可顺利反应（除了新戊酸酯以外）。同时，在反应过程中观察到二烯13或17的快速消除（eq. 1）。为了了解铁配合物是否催化了快速消除过程，作者在有无催化剂2的情况下进行14的反应，分别获得定量收率的二烯13以及未发生反应（eq. 2）。因此，不易消除的三取代烯烃35进行环异构化时，可以75％的收率生成非对映体纯的化合物36（eq. 3）。
在过渡金属催化的Tsuji-Trost型烯丙基化反应中，烯丙基烷基碳酸酯具有高反应性。与使用烯丙基乙酸酯相比，离去基团可快速脱羧，生成相应的醇盐，该醇盐充当碱或亲核试剂。令人高兴的是，当使用炔丙基烷基碳酸酯作为起始底物，可减缓消除过程，可以52%的收率获得醚化合物40以及33%收率的二烯副产物17（Scheme 4）。同时，当使用三取代烯烃底物41时，可以82%的收率获得烯丙基醚化合物42。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
此外，作者还对反应机理进行了进一步的研究（Scheme 5）。首先，12在标准条件下使用不同的催化剂时，仅在使用AgBF4时，才能获得11%收率的产物13。同时，使用AuCl3作为催化剂时，可同时获得化合物43与联烯化合物44，且环丙基单元保持不变。此外，将43和44在标准条件下反应，均未发生反应，从而排除了作为潜在中间体的可能性。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
基于上述的研究以及相关文献的查阅，作者提出了一种合理的催化循环过程（Figure 1）。首先，阳离子铁配合物与底物中的炔基配位，生成环丙基取代的金属环丁烷中间体II。其次，阳离子铁中心促进II经以金属为中心的C-C键的活化扩环过程，同时释放环张力，生成中间体III。中间体III经1,3-Metallotropic迁移、1,2-乙酰氧基迁移以及铁消除（deferration）过程，可生成产物VI和再生催化剂2，从而完成催化循环过程。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
总结
德国斯图加特大学Bernd Plietker课题组报道了一种新型的环丙基取代烯炔衍生物的环异构化过程，涉及将环异构化与环丙烷中C-C键的活化相结合。其中，使用[(Ph3P)2Fe(CO)(NO)]BF4作为催化剂，可在温和的条件下合成一系列稠合三环环丁烷衍生物，具有良好的收率以及高立体控制性。有趣的是，在测试的不同贵金属类型催化剂中，只有AgBF4表现出相似的反应性，尽管收率较低。
文献详情：
Frederik Kramm, Franziska Ullwer, Benedict Klinnert, Min Zheng, Bernd Plietker*. Iron-Catalyzed Cycloisomerization and C-C Bond Activation to Access Non-canonical Tricyclic Cyclobutanes. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, https://doi.org/10.1002/anie.202205169
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