华南理工大学江焕峰教授课题组：通过铜催化内源氧化剂促进的分子间[4+2]环化合成3-三氟甲基-3-羟基-1-环己酮

环己酮是一种普遍存在于众多天然产物、生物活性分子及反应中间体中的结构单元。通常，有机小分子催化分子间[4+2]环化反应构建C(sp³)-C(sp³)键是合成该类化合物直接有效的方法之一。近年来，过渡金属催化氧化C(sp³)-H官能团化反应用于构建C(sp³)-C(sp³)键受到了广泛关注，通常需要化学计量的外源氧化剂促使反应的发生。但是，此种策略用于构建环己酮衍生物却未见报道。一般来讲，在外源氧化剂条件下，较为酸性C(sp³)-H键会优先发生官能团化转化。因此，在同一反应中实现两个不同酸性C(sp³)-H键的官能团化转化，并构建两个不同的C(sp³)-C(sp³)键是具有挑战性的，其关键难点在于如何在存在酸性较强C(sp³)-H键的条件下，实现酸性较弱C(sp³)-H键的选择性官能团化。

近年来，华南理工大学江焕峰教授课题组围绕内源氧化剂促进碳-氢官能团化策略开展了系统研究工作（Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 1155; Acc. Chem. Res. 2018, 51, 1092; Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 4205; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 13324; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 17215）。本篇工作中作者利用内源氧化剂α,β-不饱和酮肟酯衍生物作为C4合成子而非传统的C3N1合成子，实现了其与三氟酮的非对映选择性[4+2]环化反应，合成了一系列3-三氟甲基取代的环己酮化合物（图1）。相关成果发表于Org. Lett.（Org. Lett. 2019, 21, 4900）。

 图1. 过渡金属催化氧化C(sp³)-H官能团化

（来源：Org. Lett.）

确定了最优反应条件后，作者首先考察了α,β-不饱和酮肟酯的底物适用范围，研究了取代基团电子效应和位阻效应对反应效果的影响，并通过X-射线单晶衍射确定了产物的空间结构。研究表明，该反应对α,β-不饱和酮肟酯衍生物的兼容性较好（图2）。

图2. α,β-不饱和酮肟酯适用范围

（来源：Org. Lett.）

随后作者还考察了三氟甲基酮的底物适用范围（图3）。通过简单修饰，作者利用所得产物进一步高效构建了多种三氟甲基取代环状化合物（图4）。

图3. 三氟甲基酮适用范围

（来源：Org. Lett.）

图4. 产物的应用

（来源：Org. Lett.）

为了研究反应机理，作者做了一系列控制实验。研究表明，α,β-不饱和酮肟酯衍生物作为内源氧化剂，对反应的发生是至关重要的（图5，a）；空气或氧气氛围则对该反应是致命的（图5，b）；该反应不太可能经历自由基的反应历程（图5，c）；¹⁸O标记实验表明，产物中羰基的氧原子来自反应体系中原位产生的H₂O，并且三氟酮2a不是原位产生H₂O的唯一氧源（图5）。

图5. 控制性实验

（来源：Org. Lett.）

基于此，作者推测了可能的反应机理（图6）。作者认为该反应可能经历Cu(I)/Cu(III)的催化循环。同时，铜催化剂和三氟酮的配位作用有利于该反应产生好的非对映选择性。

图6. 可能的反应机理

（来源：Org. Lett.）

这一成果近期发表于Org. Lett.（Org. Lett. 2019, 21, 4900）。该论文作者为：Chuanle Zhu,* Hao Zeng, Chi Liu, Fulin Chen and Huanfeng Jiang*。