金催化的[4+2]環加成反應的最新進展

尚英偉　程瑞姣　劉文竹　豆立娟

摘? ?要：近年來，過渡金屬催化的有機反應已經成為最常用的有機合成方法之一，而在過渡金屬中，第一副族金屬催化劑，如Cu，Ag，Au等催化劑亦被大量應用在各類有機合成、藥物以及天然產物的合成之中。而在眾多的有機合成反應之中，[4+2]環加成反應無疑是合成六元環有機產物最常用的一種方式;同時，金催化劑因為在近年來表現出的高催化活性、反應條件的溫和性、催化反應的良好產率以及各種選擇性的優勢而受到人們的高度關注并被廣泛地投入許多反應之中。因此，對近3年來金催化的[4+2]環加成反應進行了綜述，對這些反應的反應機理、產率、選擇性等方面進行了綜述。

關鍵詞：金催化;[4+2]環加成反應;綜述

過渡金屬具有空的d軌道，故能夠與多種有機化合物進行配位作用，從而對有機化合物進行活化抑或構建手性中心，進而使其能夠發生一些在常規條件下難以實現的化學反應，以合成相應的目標產物，如天然產物以及藥物等。因此，過渡金屬時常被選用為有機合成反應的催化劑。作為催化劑，過渡金屬還具有反應條件溫和、底物范圍寬廣、產率優良以及反應選擇性好等優勢。

在過渡金屬中，金催化劑近年來被人們發現了具有高催化活性、溫和的反應條件、良好的產率以及良好的區域選擇性等特點。這是從前人們所不曾意識到的，因為金催化劑作為生活中常見的貴金屬，其穩定的化學性質以及高昂的價格是為人們所熟知的。因此，在相當長的時間內，金催化劑被認為不具備或是具備相當低的催化活性。但后來，Hashimi、姜風超等課題組經研究發現了通過金催化的一系列化學反應，如環加成反應、氫烷氧基化反應、氫芳基化反應、氫羧化反應、氫胺化反應等。而其中最常見的則是金催化的炔烴反應。

在常見的有機合成反應中，合成五元環/六元環的反應是最常見的，而合成六元環有機化合物一般包括[4+2]、[2+2+2]、[3+3]、[5+1]等各種合成方式，其中最常見的方法即為[4+2]環加成反應以合成六元環產物。而在本文中，主要則是對近3年金催化的[4+2]環加成反應進行了簡要的綜述。

1? ? 金催化的[4+2]環加成反應

2016年，Rajkumar等報道了金催化條件下的丙炔酸酯衍生物與異噁唑之間的[4+1]和[4+2]/[2+2+1]環加成反應，如圖1所示，該反應從異噁唑的O原子或N原子進攻開始，由于這兩種原子進攻時的區域選擇性，該步驟分別產生了兩種七元雜環中間體，這些中間體接下來分別進行[4+1]/[4+2]環加成反應形成目標環狀產物。他們發現，異噁唑上的取代基對于反應的化學選擇性的影響是非常顯著的，異噁唑的5-甲基部分對氧原子進攻路徑造成阻礙，而其3-甲基則會對氮原子進攻的路徑產生阻礙，而這些就是造成了該反應區域選擇性的原因。

2016年，Tamara課題組以鄰炔基水楊醛和炔胺或炔醇這兩種簡單的起始原料成功地合成了復雜的四環吡喃并[2，3，4-de]色烯，如圖2所示。通過對該體系反應的探究， 他們開發出了一種金催化的鄰炔基水楊醛和炔胺或炔醇合成官能化四環化合物的新串聯反應，且在該反應中，幾個鍵、環和立體中心均以選擇性的方式形成。該工藝的優點包括：簡單的操作、良好的原子經濟性、優異的化學選擇性等。該課題組的研究成果進一步證明了金催化劑促進復雜轉化的能力。

同年，Weidong等對金（I）催化1-烯-3，9-二炔烴的環異構化合成螺[4，4]壬-2-烯-取代的1，2-二氫萘的合成反應進行了研究。如圖3所示，該小組的研究結果表明該反應對于底物的多種取代方式具有良好的耐受性，具有寬泛的底物范圍，同時也報道了一步法的第一個實例，以良好甚至于極好的產率合成了這種結構新穎的碳環族物質。應用這一反應，該課題組實現了在相對溫和的條件下，使用廣泛的底物，以一種高效并且便利的方式，將螺[4，4]壬2-烯基元引入1，2-二氫萘環結構之中，這將是對傳統合成方法的挑戰。目前，該實驗小組仍在探索可能的反應范圍和該反應在合成領域的應用，并將在以后進行成果報告。

2017年，Sahani等通過金催化的缺電子炔與苯并異噁唑的環化反應，合成了具有良好化學選擇性的喹啉氧化物。通過該反應合成的一系列氮雜環化合物可以進一步官能化，以生成各種氧化四氫喹啉，這些物質能夠用作許多生物活性分子的核心。在反應物相同的條件下，他們使用金和鋅（II）為催化劑的一種新型的傳遞催化方式立體選擇性地合成了高度氧化的四氫喹啉衍生物（見圖4）。

2017年，Sovan課題組報告了酰胺和炔丙醇之間3種不同的催化環化反應路徑，如圖5所示，使用金催化劑的一鍋法的反應方式能夠高效地合成碳環化合物以及雜環化合物。這一系列環狀化合物的化學選擇性是由酰胺和炔丙醇取代基的變化所決定的。這一反應序列涉及以下流程：首先是酰胺的初始烷氧基化，然后是丙炔醇醚的克萊森重排，最后則是1-丙烯基-5-酰胺中間體的6-內式三環化。在這些串聯環化反應中，5-烯基-1-酰胺環化生成5，6-二氫-2-吡喃酮和6-亞烷基環己-2-烯-1-甲酰胺的反應在以往的研究報告中是史無前例的。

2018年，Chen等報道了一種在大氣條件下，通過一價的金催化5-（乙炔基氨基）戊-2-炔-1-基酯在室溫下環異構化制備1，2，3，5-四氫苯并[g]喹啉的合成手段，如圖6所示。該小組的研究表明環化異構化是穩健的，因為它不需要排除空氣或水分，并且闡明了原位形成丙二烯酸酯和金烯酮類物質之間的新反應模式。目前，該研究小組依然在努力實現不對稱形式并探索本反應的潛在合成應用。

2018年，Bhanudas課題組報道了一種新的α-烷基乙烯基金卡賓與苯異噁唑的[4+2]環化反應，該反應可以合成具有高抗立體選擇性的3，4-二氫喹啉衍生物。如圖7所示，在該反應中，首先是金絡合物催化烷基金卡賓和苯并異噁唑之間形成亞胺，所得到的中間體帶有烯胺部分，該部分通過氫鍵與醛結合從而誘導碳烯胺進一步發生反應。該科研小組使用3，5-二甲基異噁唑的對照實驗來對這種假定的機理進行驗證。這種涉及D/D類型的α-烷基金屬卡賓的新合成手段可能會因為其實用性和獨特性而引起越來越多的關注。

同年，Chiaki課題組使用具有Z-配體的金催化劑進行了炔烴的催化水合和炔酸的脫羧。此外，還對用于生成氧雜二環[4，4，0]骨架的炔酸-烯烴衍生物的分子內[4+2]環加成反應進行了研究，如圖8所示。

2018年，Ximei課題組研究了金催化的炔酰胺與2-乙炔基苯胺的分子間[4+2]環化反應，如圖9所示。

該反應提供的合成取代2-氨基喹啉的方法具有高區域選擇性、高效以及原子經濟等優點，該反應產物的產率高達93%。由于該反應原料易得，底物范圍寬廣以及在溫和反應條件下有良好的官能團耐受性，該反應有希望成為合成化學家手中易于投入使用的方法。

2? ? 結語

詳細介紹了近3年來金催化的[4+2]環加成反應，這些反應表明，金催化劑具有高催化活性、反應條件溫和、催化的反應化學選擇性好等優點。同時，由于金特殊的外層電子排布，可催化一些其他金屬所不能催化的反應。另外，與同為第一副族的Cu、Ag相比較，金催化劑也是一種較強的路易斯酸及“軟”酸，對于烯烴以及炔烴的活化作用很強，表現出獨樹一幟的反應活性。因此，金催化劑將在未來的有機合成反應中發揮與日俱增的作用。

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