雜芳環(huán)是功能分子中一類重要的骨架結(jié)構(gòu)，但對于這些雜環(huán)化合物，特別是多環(huán)雜環(huán)化合物的合成往往需要使用復(fù)雜的原料和昂貴的過渡金屬，且需要多步操作。王洪根、李清江課題組發(fā)展了以廉價(jià)金屬M(fèi)n(I)作催化劑，以聯(lián)烯為原料，實(shí)現(xiàn)了聯(lián)烯的鄰二芳雜環(huán)化反應(yīng)，反應(yīng)原位環(huán)化形成多環(huán)雜環(huán)，這一反應(yīng)中Mn(I)首先催化芳香雜環(huán)的C-H鍵烯基化反應(yīng)，隨后原位引發(fā)了Smiles重排，得到含氮雜環(huán)化合物，文章鏈接DOI:10.1002/anie.201704952。

圖 1 聯(lián)烯的雜芳基化反應(yīng)及串聯(lián)的二雜芳基化環(huán)化反應(yīng)

首先，作者以帶有導(dǎo)向基的吲哚1a和三取代聯(lián)烯酸酯2a為模板反應(yīng)，對反應(yīng)條件進(jìn)行了篩選，可以看出，在10 mol%的Mn2(CO)10和40 mol%的醋酸鈉條件下，主要得到碳?xì)滏I活化產(chǎn)物3aa。當(dāng)選用10 mol%的MnBr(CO)5作催化劑，在1,4-二氧六環(huán)中反應(yīng)，能以95%的產(chǎn)率得到串聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)物4aa，催化劑載量降低到5 mol%，也能以89%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物4aa。隨后，作者對底物進(jìn)行了擴(kuò)展，改變芳環(huán)或者聯(lián)烯結(jié)構(gòu)，40幾個(gè)底物都取得了中等到優(yōu)秀的產(chǎn)率，最高產(chǎn)率達(dá)到95%。在碳酸鉀作堿的條件下，4aa還可以脫羰開環(huán)，以優(yōu)秀的產(chǎn)率得到相應(yīng)的8aa，并由單晶確定了其結(jié)構(gòu)。

圖 2 堿性條件下4aa的脫羰開環(huán)反應(yīng)

最后，作者也根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了可能的反應(yīng)機(jī)理，底物1a先和錳催化劑配位形成中間體A，導(dǎo)向基導(dǎo)向?qū)胚?-位的碳?xì)滏I進(jìn)行活化得到B，然后區(qū)域、立體選擇性地對聯(lián)烯進(jìn)行遷移插入得到中間體D，如果質(zhì)子化就得到3aa，另外，也可以發(fā)生Smiles重排，導(dǎo)向基從吲哚氮上遷移到側(cè)鏈碳上，隨后內(nèi)酰胺化得到三環(huán)產(chǎn)物4aa。

圖 3 聯(lián)烯的雜芳基化反應(yīng)及串聯(lián)的二雜芳基化環(huán)化反應(yīng)機(jī)理

而在這篇ChemSusChem中，作者利用同樣的Mn(I)催化體系，并在AgOTf的協(xié)同催化下，發(fā)生串聯(lián)催化反應(yīng)，即先發(fā)生碳?xì)滏I烯丙基化反應(yīng)，然后發(fā)生Povarov環(huán)化進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了一鍋法四環(huán)6-5-6-6雜環(huán)體系的快速構(gòu)建，20幾個(gè)底物也都取得了中等到良好的產(chǎn)率，文章鏈接DOI: 10.1002/cssc.201700452。

圖 4 一鍋法四環(huán)6-5-6-6雜環(huán)體系的快速構(gòu)建

近期，他們課題組又在Org. Lett上發(fā)表文章，報(bào)道了在廉價(jià)的鈷催化劑作用下，氮新戊酰氧基保護(hù)的酰胺和炔胺的甲磺酰胺發(fā)生形式上的3+2反應(yīng)，高效地構(gòu)建了5-胺基噁唑環(huán)，該反應(yīng)原料易得，條件溫和，產(chǎn)率優(yōu)良，官能團(tuán)兼容性良好，文章鏈接DOI:10.1021/acs.orglett.7b02959。

圖 5 形式上的3+2反應(yīng)構(gòu)建5-胺基噁唑環(huán)

首先，作者經(jīng)過條件篩選，發(fā)現(xiàn)在Cp*Co(CO)I2 (2.5 mol%), NaOAc(5 mol %), 三氟乙醇TFE (2 mL)中25 °C反應(yīng)2 h，能以88%的產(chǎn)率得到環(huán)化產(chǎn)物，在底物擴(kuò)展中，近40個(gè)底物都取得了優(yōu)良的產(chǎn)率。此外，該反應(yīng)還可以實(shí)現(xiàn)克級規(guī)模的制備，在復(fù)雜的甾體類底物中也能以優(yōu)秀的產(chǎn)率引入相應(yīng)的噁唑環(huán)。

圖 6 形式上的3+2反應(yīng)構(gòu)建5-胺基噁唑環(huán)的反應(yīng)機(jī)理

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作者也提出了可能的反應(yīng)機(jī)理如圖6所示，氮新戊酰氧基保護(hù)的酰胺底物1a在三價(jià)鈷和醋酸鈉作用下形成復(fù)合物A，炔胺的甲磺酰胺2a和A反應(yīng)形成中間體B，然后發(fā)生6-exo-trig環(huán)化得到中間體C，隨后可能經(jīng)過a, b, c三種路徑還原消除，得到5-胺基噁唑產(chǎn)物3aa。

王洪根教授、李清江副教授課題組一直致力于發(fā)展過渡金屬催化的串聯(lián)反應(yīng)及串聯(lián)催化反應(yīng)，并將其應(yīng)用于相關(guān)雜環(huán)體系或者藥物活性分子的構(gòu)建，并已取得多項(xiàng)創(chuàng)新研究成果，詳情請參考他們課題組主頁，也祝愿他們在雜環(huán)構(gòu)建及相關(guān)化學(xué)中繼續(xù)報(bào)道新突破新進(jìn)展。

王洪根教授主頁：http://sps.sysu.edu.cn/User/211..html

李清江副教授主頁：http://sps.sysu.edu.cn/User/188.html