西北大学关正辉教授课题组利用C-H键活化实现了烯酰胺烯基的环丙烷化反应ǀǀ Sci. China Chem.

中国科学化学

环丙烷普遍存在于天然产物和生物活性分子中，是一类重要的环烷烃化合物，环丙烷的开环反应也被广泛应用于有机合成。然而，由于具有很高的环张力，目前环丙烷的合成主要依靠烯烃和有机锌卡宾的Simmons-Smith反应、过渡金属催化重氮与烯烃的插入反应等传统方法。这些方法中涉及到高活性的卡宾物种，反应条件较严苛，底物范围也较受限制。因此，关于环丙烷新合成方法的研究一直是有机合成中具有重要意义且具有挑战性的研究课题。

烯基C-H金属化后可以与另一分子烯烃发生插入反应，如果能够抑制插入后烷基金属活泼中间体的β-H消除，而使之发生3-exo-trig型环化反应，将可以为环丙烷类化合物提供一条非常简捷、有效的合成方法（图1）。十多年前,Murakami M.和Tse M.K.等在铑或钯催化的1,6-烯炔环化反应中已分别提及类似反应过程，但直到2014年，美国科罗拉多州立大学的Rovis教授课题组才实现了第一例烯基C-H活化启动的环丙烷化反应。然而该反应利用的底物苯乙烯基邻苯二甲酰亚胺基醚需要四步才能合成，且需用较贵的金属铑为催化剂，限制了该反应的应用。发展催化体系简单、条件温和、原料简便易得，通用有效的烯基C-H活化环丙烷化反应仍然是富有挑战性的研究课题。

图1：过渡金属催化的烯基环丙烷化反应

最近，关正辉教授课题组在烯酰胺烯基C-H活化环丙烷化反应方面取得了新进展。他们利用烯酰胺和降冰片烯类化合物作为起始原料，醋酸钯为催化剂，醋酸铜为氧化剂，发展了一种新颖的烯酰胺烯基C-H活化启动的环丙烷化反应（图2）。反应原料简单易得、底物官能团兼容性好、产率较高，且对降冰片烯类底物中不同的烯基具有很好的区域选择性（图3）。

图2：多种烯酰胺与降冰片烯的烯基C-H环丙烷化反应

图3：烯酰胺与降冰片烯衍生物的烯基C-H环丙烷化反应

该反应为环丙烷并降冰片烷类化合物的合成提供了简捷有效的新方法。同时，作者还通过同位素标记、单晶衍射等实验，阐明了该反应历经烯酰胺烯基C-H键钯化、对降冰片烯的插入、3-exo-trig环化、β-(N)H消除最后再水解的反应机理（图4）。

图4：可能的反应机理

相关成果近期在线发表于Science China Chemistry (doi:10.1007/s11426-017-9150-x)，点击左下角“阅读原文”可免费阅读和下载全文。

作者简介

陈明博士（第一作者）

2010年7月在陕西理工学院获得学士学位，2016年7月在西北大学获得博士学位，博士毕业后继续在西北大学工作，主要开展钯催化的C-H键活化反应研究。

关正辉教授（通讯作者）

西北大学教授，博士生导师，先后于2004年和2009年在兰州大学获得学士和博士学位。2007-2008年在美国Rutgers大学联合培养，导师为梁永民教授和张绪穆教授。2009年7月至今在西北大学化学与材料科学学院工作。已在J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表SCI学术论文60余篇。2015年获得中国化学会青年化学奖，2016年获得国家自然科学基金委优秀青年科学基金资助，2016年获得Thieme Chemistry Journal Award。

期刊介绍

Science China Chemistry（《中国科学：化学》）是 Science China（《中国科学》）系列期刊之一，是中国科学院与国家自然科学基金委员会共同主办的学术期刊，主要报道化学科学及其交叉领域的基础和应用研究方面的创新性成果，月刊。发表的文章类型有：Highlights(亮点介绍), Perspectives(展望), Mini Reviews(小综述), Reviews(综述), Feature Articles(专题论述), Articles(论文), Communications(通讯)。2016年影响因子为4.132.