01
研究背景
金 (Au) 由于其稳定的化学性质和较高的氧化还原电势，过去一直被视为惰性过渡金属，在有机合成催化方面发展受到了一定的影响。但近年来，光氧化还原催化协同金催化进行有机合成，受到研究者们越来越多的关注，这种双催化体系使作为 π 路易斯酸的金能够通过 Au(I)/Au(III) 氧化还原催化新型的反应，可以高效、高选择性地活化碳碳不饱和键并发生环化偶联反应。
在光催化领域，卤代炔烃的反应活性远低于芳基重氮盐，通过金催化卤代炔烃来实现炔基化反应具有一定的挑战。2019年，Fensterbank 课题组报道了光协同金催化邻炔基苯酚与碘代炔烃的双官能团化反应，成功合成了一系列3-炔基苯并呋喃衍生物。机理研究证明该反应通过能量转移途径进行，而不是传统的自由基途径 (图1a，A)(Nat. Chem., 2019, 11, 797-805)。随后，该团队用邻炔基苯胺代替邻炔基苯酚，利用光/金双催化体系实现了3-炔基苯并吲哚衍生物的合成，该反应不需要额外添加光催化剂，反应过程中形成磺酰胺钾盐络合物充当了光敏剂，机理研究表明该反应同样经历能量转移过程 (图1a，B)(Nat. Commun., 2022, 13, 2295-2305.)。鉴于光/金双催化体系在环化炔基化反应中的优异表现，很有必要扩大此催化体系的应用范围，特别是光协同金催化联烯酸酯与碘代炔烃的环化炔基化反应，合成具有潜在生物活性的3-炔基丁烯内酯衍生物。
目前，研究者们报道了几种金催化合成3-炔基丁烯内酯化合物的方法 (图1，b)。然而，这些方法仍然存在局限性：例如：需要外加强氧化剂 (图1b，A)(Org. Lett., 2010, 12, 4904-4907.)、反应时间过长 (4天)(图1b，B)(Chem. - Eur. J., 2019, 25, 9624-9628.) 或特殊的电化学体系 (图1b，C)(Angew. Chem., Int. Ed., 2023, 62, e202308636.)。
图1 背景介绍。
02
研究内容
近日，云南民族大学樊保敏、赵粉团队报道了一种可见光协同金催化联烯酸酯和碘代炔烃环化炔基化反应，成功实现3-炔基丁烯内酯衍生物的合成 (图1c)。在此工作中，通过使用廉价、易得的吖啶黄素 (ACF) 作为光催化剂，Ph3PAuOTf 作为催化剂，在可见光照射下常温搅拌24小时，以良好到优异的收率合成了一系列3-炔基丁烯内酯衍生物。机理研究表明该反应同样经历能量转移过程。
首先，作者通过使用2-甲基-3-己基-2,3-联烯酸酯 1a 和1-氟-4-(碘乙炔基)苯 2a 作为模板底物对反应条件进行优化 (图2)，通过大量的条件筛选，确定了最优的反应条件为：1a(0.2 mmol, 1.0 eq.)、2a(0.3 mmol, 1.5 eq.)、光敏剂 ACF(5 mol%)、Ph3PAuOTf(10 mol%) 作为金催化剂、NaHCO3(1.0 eq.) 作为碱、1,10-Phenanthroline(10 mol%) 作为添加剂，MeOH(2.0 mL) 作为溶剂，在蓝光照射下室温搅拌24小时，产物收率高达78%。
图2 反应条件的筛选。
接着，作者考察了该反应中联烯酸酯的底物范围 (产率为35-78 %) 和碘代炔烃的底物范围 (产率为38-80 %)(图3)。底物拓展结果表明，碘代炔烃官能团耐受性很广，各类芳基取代、杂环取代、烷烃取代以及天然来源的碘代炔烃衍生物均能顺利反应。此外，各种取代联烯酸酯的反应性也十分良好。若将联烯酸酯羧酸化为联烯羧酸化合物，也能以优异的产率得到预期产物 (图4，4f)，产率为90 %，作者还通过X单晶衍射对产物结构进行表征(图4，4f)。
图3 底物拓展及控制实验。
作者通过控制实验、荧光淬灭实验、荧光寿命测定和开关灯实验等探究了该反应机理。结果表明乙烯基金 (I) 化合物 5 是此反应发生过程中的关键中间体，并充当了 ACF 激发态的淬灭剂。ACF 受持续光照被激发后，通过能量转移过程，使 5 与碘代炔烃反应生成目标产物。作者给出了光诱导能量转移实现联烯酸酯环化炔基化反应的可能机理 (图4)。金 (I) 化合物催化 1 环化形成乙烯基金 (I) 化合物 A。ACF 受光照被激发为激发单线态，通过能量转移过程，使 A 成为激发态 A*，并促进与 2 发生氧化加成产生金 (III) 化合物 B，再还原消除生成 C(sp2)-C(sp) 偶联产物，完成催化循环。
图4 可能的反应机理。
03
总结展望
云南民族大学樊保敏、赵粉团队报道了一种在可见光照射下，通过金催化的联烯酸酯与碘代炔烃环化炔基化来合成3-炔基丁烯内酯的新方法。此方法具有广泛的底物范围、良好的官能团耐受性以及与杂环底物的相容性。机理研究表明，廉价易得的 ACF 作为有机光敏剂，通过能量转移活化乙烯基金 (I) 中间体，促进其与碘代炔烃氧化加成。这种光/金双催化体系为合成具有潜在生物活性的3-炔基丁烯内酯开辟了新途径。
04
论文信息
Visible light-mediated gold-catalyzed alkynylative cyclization of allenoates with iodoalkynes for the synthesis of β-alkynyl-γ-butenolides
Yuanhao He, Yu Zhong, Maria Ballarin Marion, Jorge C. Herrera Luna, Wanping Ma, Yanfei Hu, Cyril Ollivier, Virginie Mouriès-Mansuy, Louis Fensterbank, Fen Zhao, Zhonghua Xia and Baomin Fan
Org. Chem. Front., 2024,11, 5695-5702
https://doi.org/10.1039/D4QO01153H
*文中图片皆来源上述文章
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