【人物与科研】华东师范大学汪日新教授课题组：借助顺式连二受体的协同作用实现推-拉环丙烷到3-和5-亚烷基环丁烯内酯的转化

导语

受推-拉电子取代基的影响，推-拉环丙烷（Donor-Acceptor Cyclopropanes, DACs）的选择性转化相对普通环丙烷更易实现。因此，推-拉环丙烷成为有机合成中非常重要的3C合成子，被广泛运用于单环或多环单元的构建。但是，为了实现一般推电子能力给体的推-拉环丙烷的开环转化反应，人们通常需要借助于偕二受体的使用，如广泛使用的丙二酸酯衍生推-拉环丙烷。然而，丙二酸酯结构单元有时会使得开环转化所得产物的后续转化变得较为棘手。近日，华东师范大学汪日新教授课题组提出借助环丙烷上顺式连二受体的协同作用促进推-拉环丙烷的活化策略，实现了三氟甲磺酸促进的推-拉环丙烷到3-和5-亚烷基环丁烯内酯的转化。由于避免了偕二受体的使用，反应所需的推-拉环丙烷结构更为丰富多变。相关成果在线发表于Organic Letters（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c03976）。

汪日新教授简介

汪日新（Sunewang R. Wang），华东师范大学特聘教授，博士研究生导师，德国洪堡学者。主要从事元素有机、金属有机化学及高张力分子的合成转化研究。2006年于上海交通大学获学士学位，2009年于中国科学院上海有机化学研究所获硕士学位，2012年于香港中文大学获博士学位。随后分别在美国PSU、UCSD和德国维尔茨堡大学从事博士后研究。2018年6月加入华东师范大学-中国科学院上海有机化学研究所庄长恭研究所。迄今为止，在J. Am. Chem. Soc.和 Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表SCI论文10篇（署名：Sunewang R. Wang）。因科研工作需要，该课题组诚聘若干名研究助理。

更多信息，请关注课题组网页：

https://faculty.ecnu.edu.cn/_s34/wrx/main.psp

前沿科研成果

顺式连二受体的协同作用在推-拉环丙烷活化中的运用：TfOH促进的3-和5-亚烷基环丁烯内酯的合成

在课题组之前工作的机理研究中，我们发现反应中间体环丙烷并环的氧鎓离子反应活性很高，能够起到活化推-拉环丙烷的作用（Org. Lett. 2019, 21, 6029）。受此启示，我们设想，在催化剂作用下，环丙烷上的顺式连二受体（如酮和酯基）形成类似的环丙烷并环的氧鎓离子，可能促进推-拉环丙烷的开环转化，突破人们常用的偕二受体策略的限制（图1）。

图1. 芳基取代的推-拉环丙烷的活化策略

（来源：Organic Letters）

首先，通过Kukhtin-Ramirez环丙烷化反应得到所需的顺反推-拉环丙烷异构体1a和反-1a。研究发现，在TfOH作用下，1a能够顺利开环并伴随芳基迁移反应，转化成5-亚烷基环丁烯内酯3a；而反-1a在同样的条件下并不反应（图2）。

图2. 反应初步尝试

（来源：Organic Letters）

经过对反应条件的优化，反应在最优条件下（3.5当量TfOH）以99%的产率得到目标产物3a。进一步地，我们考察了一系列不同芳基取代的推-拉环丙烷的反应性。除强缺电子的对-三氟甲基苯基给体或弱拉电子能力的对-甲氧基苯甲酰基外，卤素、烷基等取代芳基或芳酰基底物均能顺利转化成3-亚烷基环丁烯内酯（图3）。

图3. 合成3-亚烷基环丁烯内酯的底物范围

（来源：Organic Letters）

然后，我们还研究了烷基酰基底物的普适性。值得注意的是，可能由于酰氧基稳定的烯丙基阳离子的稳定性更高，此时产物的双键位置发生了改变，反应选择性地生成了5-亚烷基环丁烯内酯（图4）。卤素、烷基等取代芳基底物均能取以良好到优异的产率转化成目标产物；当底物为三氟甲基苯基底物1^Rk时，由于三氟甲基强吸电子性，降低了对应芳基的迁移能力，反应仅能以31%的收率得到产物。但当改用其异构体1^Rk'时，对-三氟甲基苯基不再是迁移芳基，反应可以获得明显改善的产率。这表明迁移芳基的电性对该反应的影响更为重要；缺电性芳基作为推-拉环丙烷给体取代基时，反应仍能很好进行。这也说明借助顺式连二受体协同作用的推-拉环丙烷活化新策略非常有效。

图4. 合成5-亚烷基环丁烯内酯的底物范围

（来源：Organic Letters）

最后，不论是芳基还是异丙基酰基底物，1 mmol规模的反应都可以良好的收率得到目标产物。而且，产物经氢化铝锂还原能得到二取代呋喃的产物。

这一成果近期发表在Organic Letters上（Org. Lett. 2021, 23, 459–463），论文作者为：Jiru Shao（邵吉如）, Qinyuan Luo（罗钦源）, Hongyan Bi（闭红艳）, Sunewang R. Wang（汪日新）。该研究工作由上海市浦江计划、上海市高等学校特聘教授计划、国家自然科学基金和华东师范大学共同资助。

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