【人物与科研】兰州大学梁永民教授课题组：金/铜催化的炔丙醇与高炔丙醇的串联反应研究
导语
多环二氢苯并呋喃骨架广泛地存在于各种具有药物活性的天然产物及生物活性分子当中，这类化合物的合成也受到了化学家们的广泛关注。近日，兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室梁永民课题组报道了金/铜催化炔丙醇与高炔丙醇的串联环化反应，为具有固体荧光性质的多环二氢苯并呋喃的合成提供了一种原子经济的方法。相关文章发表在Org. Lett.上（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c04070）。
梁永民教授课题组简介
课题组长期从事金属有机化学和现代有机合成方法学，已取得了一系列重要成果，目前已经在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Catal., Chem. Commun., Org. Lett.等期刊上发表论文120余篇。
梁永民教授简介
梁永民教授（Professor Yong-Min Liang），博士生导师。1989年7月毕业于陕西师范大学化学系，1992年6月毕业于兰州大学化学系获硕士学位，同年留有机化学教研室任教，1998年12月获得理学博士学位。2001年至2002年在台湾清华大学化工系进行合作研究。2002年6月至2006年2月受聘中科院兰州物理化学研究所“百人计划”特聘研究员。现任兰州大学化学化工学院院长、国家“有机化学创新群体”学术骨干成员。1995、1998年获甘肃省科技进步三等奖，2002、2008年两次获甘肃省自然科学二等奖。
前沿科研成果
金/铜催化的炔丙醇与高炔丙醇的串联反应研究
由于金催化剂独特的Π酸性，近年来基于金催化的串联环化反应被广泛地用于合成多环的碳环及杂环类化合物。Hashmi（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 7963）、Toste（ACS Catal. 2017, 7, 3973）和Zhang（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 7516）课题组都在这方面做出了杰出的工作。2014年，叶龙武课题组报道了金催化的串联环异构化来合成吲哚衍生物，该反应中一个金属中心在两个不同的催化循环中起催化作用，提供了一种新型的并发串联反应途径（J. Org. Chem. 2014, 79, 9313）。然而该领域仍需要克服很多困难，例如匹配每个催化循环的速率以及催化剂与底物和中间体的兼容性。本文通过金、铜双催化作用实现了多环二氢苯并呋喃骨架的高效合成。该合成方法通过5-endo-dig环化异构化/Meyer-Schuster重排/Friedel–Crafts烷基化实现了一锅法构建三个C-C键和一个C-O键，合成了多环二氢苯并呋喃类化合物。
作者以炔丙醇及高炔丙醇类化合物为底物对反应条件进行了优化，反应在最优条件下以76%的收率得到单一的目标产物二氢苯并呋喃衍生物。为了考察该合成方法的底物适用范围，作者考察了一系列含有不同取代基团的炔丙醇底物（图1）。作者首先对芳环的电子效应、位阻效应以及底物中含有噻吩的芳香杂环进行考察，这些底物均能顺利反应。接着，作者也考察了各类取代的高炔丙醇底物，发现其具有良好的官能团兼容性（图2）。然而底物2的吡啶环上的取代基降低了吡啶环的亲核性，因此带有取代基时产率较低。值得一提的是，作者尝试了克级反应，目标产物同样取得了良好的收率。
图1. 炔丙醇底物适用范围研究
（来源：Org. Lett.）
图2. 高炔丙醇底物适用范围研究
（来源：Org. Lett.）
得到各种二氢苯并呋喃分子后，作者发现大部分二氢苯并呋喃具有独特的光学性质：大多数固体状态的二氢苯并呋喃衍生物在紫外灯照射下都能够发出蓝绿色荧光（表1和图3）。出乎意料的是，晶体样品3b在紫外灯照射下发出501 nm的绿色荧光，并且在研钵中研磨之后，发光呈现出向469 nm的蓝移并且发光增强。这些特性可能对它们在光电设备中的应用提供了潜在的价值。
表1. 产物的光学性质研究
（来源：Org. Lett.）
图3. 产物荧光性质研究
（来源：Org. Lett.）
在反应机理的验证实验中，作者发现金催化剂在两个不同的催化循环中都起着重要的作用，而几乎化学计量的Cu(OTf)2在反应过程中主要起氧化作用。根据机理实验结果和文献报道，作者提出了以下实验机理。首先，金催化剂活化高炔丙醇的炔键，发生5-endo-dig环化，得到2,3-二氢呋喃C，并释放催化的Au(I)配合物。C进攻被活化的炔丙醇生成联烯中间体E，E发生分子内亲核加成生成中间体F，进而发生Friedel–Crafts烷基化反应生成中间体G, G经过脱质子及氧化的过程生成产物3。
图4. 可能的反应机理
（来源：Org. Lett.）
综上所述，兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室梁永民课题组报道了金/铜催化的炔丙醇与高炔丙醇的串联环化反应，该合成方法具有良好的原子经济性和较好的官能团兼容性。产物具有良好的固体荧光和力致变色的性质。该研究得到国家自然科学基金（NSF 21772075和21532001）的支持，相关成果发表在Organic Letters（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c04070）上。兰州大学的李雪松博士是该论文的第一作者，梁永民教授为本文的通讯作者。
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