近日，贵州省天然产物研究中心（贵州医科大学省部共建药用植物功效与利用国家重点实验室）任海课题组，利用铜配合物作为催化剂，以H2O和O2作为氧源，实现了四氢咔唑的可控氧化重排反应，以优异的化学选择性和区域选择性合成了环戊基螺吲哚啉-2-酮和螺吲哚啉-3-酮类化合物。该方法反应温和、操作简单，不需要其他化学氧化剂。
螺吲哚啉-2-酮和螺吲哚啉-3-酮都是天然产物和生物活性分子中普遍存在的结构单元。它们独特的分子结构和作为多功能性的药效团吸引了合成化学家和药物学家们的广泛关注。基于仿生的合成思路，自20世纪60年代以来，利用氮或氧原子在β位或γ位的电子供体特性，四氢-β-咔啉（THβCs）和四氢-γ-咔啉（THγCs）的氧化重排已被广泛研究，分别用于合成吡咯烷或呋喃取代的螺吲哚啉-2-酮和-3-酮类化合物。许多经典的氧化剂，如Pb(OAc)2、OsO4、NBS和过氧化物试剂已经成功应用于这些转化。然而，这些方法的重排途径主要取决于底物的结构，并且通常需要化学计量的氧化剂。此外，由于没有供电子基团，直接氧化四氢咔唑合成环戊基取代的螺吲哚啉酮类化合物的相关报道相对较少。
为解决这一问题，任海等人在课题组前期工作的基础之上，设想吲哚经过单电子氧化能够形成含有亲电（C-2）和自由基（C-3）活性反应位点的3-自由基亚胺吲哚中间体，利用通配合物催化剂的可调控作用，有可能能够分别调控H2O进攻C-2位、O2捕捉C-3位碳自由基，进而通过1,2-重排一步合成环戊基螺吲哚啉-2-酮类化合物和螺吲哚啉-3-酮类化合物。通过对反应催化条件（金属价态、配体、溶剂、温度等）进行系统研究，成功实现了该设想。在最佳反应条件下，以52%-91%的收率得到相应的环戊基螺吲哚啉-2-酮类化合物和以27%-68%的收率得到相应的环戊基螺吲哚啉-3-酮类产物。此外，受1，2-迁移重排独特途径的启发，通过催化调控，实现了吲哚的可控C-3羟基化，用于构建C-3羟基亚胺吲哚啉。
本工作充分体现了铜配合物催化剂的可调控性及实用性。这也为后续相关反应的设计提供了新思路。
论文信息
Copper-Catalyzed Tunable Oxygenative Rearrangement of Tetrahydrocarbazoles
Hai Ren, Bing-Qing Yang, Jun Shi, Wei Wu, Biaobiao Jiang, Qin Chi
Chemistry – A European Journal
DOI: 10.1002/chem.202401293
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