【有机】ACS Catal.：Miura课题组报道了以碳酸乙烯酯为乙炔替代物的Rh(III)催化的C-H/N-H环化反应

多环杂芳基骨架广泛存在于许多天然化合物和常见的官能分子中。因此，发展新型高效的构建稠合环骨架的合成方法已成为化学家们的研究热点。过渡金属催化的C-H活化和随后与炔烃或其等价物的氧化环化反应已成为合成杂环的有效工具（Scheme 1a）。然而，这些反应大多数只适用于内炔烃，由于不能通过催化的方法安装未取代乙烯基片段，因此环合偶联反应的实用价值大打折扣。此外，上述反应通常需要化学计量的外部氧化剂以保证催化剂的循环，这也会导致副产物的生成。

为实现乙烯基稠合芳香族化合物的催化制备，必须利用合适的乙炔替代物。最近，研究人员以乙酸乙烯酯和α-氯乙醛作为乙炔的等价物实现了乙烯基片段的安装（Scheme 1b）。然而，这些等价物仅限于与N-烷氧基酰胺和肟偶联。近日，日本大阪大学Masahiro Miura课题组报道了以碳酸乙烯酯为乙炔替代物的Rh(III)催化的C-H/N-H环化反应。其中碳酸乙烯酯充当内部氧化剂，以原位再生Rh(III)物种。相关研究成果发表在ACS Catal.上（DOI: 10.1021/acscatal.9b04254）。

（来源：ACS Catal.）

起初，作者以N-甲氧基苯甲酰胺（1a）和碳酸乙烯酯（2）作为模型底物对反应进行研究。在铑催化剂和1.0当量的2存在下，反应能以78%的收率得到目标产物3a（Table 1, entry 1）。随后作者对温度、催化剂等条件进行筛选，发现2的量增加至2当量时会略微提高反应收率；温度降低至70 °C时，收率进一步提高，反应以86%的收率分离出3a（Table 1, entry 7）。

（来源：ACS Catal.）

在最优的反应条件下，作者首先考察了酰胺的适用范围（Scheme 2）。除了异羟肟酸酯1a外，N-烷基仲酰胺还能以高收率形成相应的异喹啉酮3b-3d。邻、间、对位连有多种取代基的底物也能得到相应的环化产物3e-3h，收率为60%-90%。稠环或杂环酰胺也是合适的底物，并以良好的收率得到异喹啉酮3i-3k。

（来源：ACS Catal.）

该环化偶联反应的可能机理如Scheme 3所示。酰胺导向基与阳离子Cp*Rh(III)物种配位，从而经近端C-H键活化形成五元铑环A。碳酸乙烯酯经迁移插入至Rh-C键形成七元金属环B。根据文献，作者推测中间体B经C-N键还原消除和C-O键氧化加成，以形成复合物C。之后，其经β-氧消除，释放出相应的偶联产物和有活性的Rh(III)复合物。另一个次要途径为，中间体B可能发生β-氧消除和脱羧反应，从而形成醇盐配合物D。中间体D发生质子化经相应的醛中间体产生目标产物。

（来源：ACS Catal.）

为证明该反应体系的普适性，作者利用该C-H/N-H氧化环化方法合成各种N-杂芳烃（Scheme 4）。在稍微调整的反应条件下，乙酰苯胺4经一步即可制备多种吲哚5（Scheme 4a）。2-芳基苯并咪唑也与该反应体系兼容，并以良好的收率得到相应的稠环产物7（Scheme 4b）。此外，异喹啉酮和多种亚胺衍生物都能顺利与碳酸乙烯酯环合偶联，分别以良好的收率得到多环产物9和11（Scheme 4c和4d）。

（来源：ACS Catal.）

总之，作者发展了以碳酸乙烯酯作为乙炔替代物的Rh(III)催化的环化偶联反应。该反应体系的显著特征是：（1）无需任何预官能化即可直接获得未取代的亚乙烯基稠合的环状化合物；（2）催化转化过程中无需多余的外部氧化剂或碱。此外，该C-H/N-H氧化环化反应还可用来制备多种N-杂芳烃化合物。

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