aReaction conditions: 1a (0.5 mmol), 2a (0.5 mmol), Pd(OAc)2 (3 mol%), ligand (6 mol%), Brønsted acid (1.0 equiv), and FeBr3 (5 mol%) in solvent (3 mL) at 80 °C under N2 atmosphere for 12 h. bIsolated yield. cThe desired product was not detected; the starting materials decomposed. dThe desired product was not detected; an α-chlorinated by-product, methyl 2-chloro-2-phenylacetate, was obtained in 79% yield. eMethyl 2-chloro-2-phenylacetate was obtained in 4% yield. f20 mol% of HBr·NEt3 was used. g5 mol% of HBr·NEt3 was used. hThe reaction was performed in the absence of Pd(OAc)2. iNo reaction was observed; the starting materials were recovered. jThe reaction was performed for 2 h.▲图1. 反应条件优化 为了考察该反应的普适性，我们首先对端炔(2)进行了底物范围考察（图2）。在优化的反应条件下，该反应对各种取代的芳基炔烃均具有较好的官能团兼容性，能以良好的收率得到目标产物3aa–3aq以及3av。值得注意的是，脂肪族炔烃同样适用于该体系。然而，使用二苯乙炔作为底物时，受位阻效应影响，目标产物3aw的收率仅有4%。 aReaction conditions: 1a (0.55 mmol), 2 (0.5 mmol), Pd(OAc)2 (3 mol%), tBuPPh2 (6 mol%), NEt3·HBr (5 mol%), and FeBr3 (5 mol%) in THF (3 mL) at 80 °C under a nitrogen atmosphere for 2 h. bIsolated yield. cDetermined by 1H NMR spectroscopy with CH2Br2 as an internal standard.▲图2 端炔的底物适用范围 随后，我们对α-芳基-α-重氮酯的官能团兼容性进行了考察，结果如图3所示。当重氮底物连有F、Cl、COOMe等吸电子基团时，可以得到中等到良好收率的目标产物。当重氮底物连有Me、Ph时，相应的产物3ba和3fa的收率分别为77%和85%。当重氮底物连有较强的给电子基MeO和1-萘基时，其稳定性显著降低，副反应加剧，目标产物的收率也随之降低。因此，我们对反应条件进行了调整，当使用酸性较弱的苯硼酸作为添加剂时，目标产物的收率有明显的提高。此外，重氮底物的位阻也对反应有明显的影响，随着位阻的增大，目标产物的收率也随之降低(3ca和3ma)。使用重氮苯乙酸叔丁酯(1n)和重氮苯乙酸苯酯(1o)可以分别以75%和82%的收率得到目标产物3na和3oa。值得注意的是，重氮苯乙酸烯丙酯(1p)会经历连续的[3+2]环加成和克莱森重排过程，并以76%的收率得到丁内酯4pa。位阻较大的底物1q和1r则会通过进一步的Cope重排，得到更加稳定的产物4qa和4ra。最后，我们也对其它类型的重氮底物进行了考察，α-烷基重氮乙酸甲酯(1s)，重氮乙酸乙酯(1t)和重氮丙二酸二乙酯(1u)均不适用于该反应体系。 aReaction conditions: 1 (0.55 mmol), 2a (0.5 mmol), Pd(OAc)2 (3 mol%), tBuPPh2 (6 mol%), HBr·NEt3 (5 mol%), and FeBr3 (5 mol%) in THF (3 mL) at 80 °C under a nitrogen atmosphere for 2 h. bIsolated yield. cThe reaction was performed with the combined use of HBr·NEt3 (1.0 equiv) and PhB(OH)2 (1.0 equiv). dThe reaction was conducted for 3 h.eThe reaction was conducted for 12 h. ▲图3 α-芳基-α-重氮酯的底物适用范围 为了验证该反应的实用性，我们对产物3an进行了衍生化反应（图4）。在过氧化氢的作用下，产物3an开环，专一地得到了顺式的三取代烯烃5。此外，3an也可以在强酸的作用下，转化为相应的丁内酯6。 ▲图4 化合物3an的衍生化反应 为了更深入地探究反应机理，我们进行了如下的对照实验（图5）：首先，在过量的HBr·NEt3 (5 equiv.)存在下，氘代对甲氧基苯乙炔2b-d的反应可以顺利进行，并以73%的收率得到产物3ab-d (eq 1)。呋喃环4位上的氘代率没有明显降低，这说明该反应没有经历炔基钯中间体。其次，在标准反应条件下，环丙烯7不会转化为3aa (eq 2)，证明了环丙烯不是该反应的中间产物。随后，我们发现，将HBr·NEt3替换为等量的NEt3，也能以较高的收率得到产物3aa (eq 3)。这一结果表明，NEt3作为添加剂可以显著提高反应收率。我们认为，NEt3可能作为配体稳定卡宾钯物种，也可能作为路易斯碱稳定1,3-偶极子中间体（图7：C）。当反应中没有酸性共催化剂时，该反应无法进行 (eq 4)。 ▲图5 对照实验 随后，我们进行了动力学实验，用以评估HBr和FeBr3的催化效率（图6）。结果表明，HBr和FeBr3均可以催化该反应，且FeBr3的催化效率远高于HBr。 ▲图6 评估HBr和FeBr3催化效率的动力学实验 结合之前的报道，我们提出了可能的催化循环机理（图7）。首先，重氮化合物与钯催化剂作用，生成卡宾钯中间体A，A可以与酸配位得到亲电性更强的中间体B。随后，B亲电进攻端炔底物生成1,3-偶极子C，C通过分子内环化过程得到中间体D并再生酸催化剂，最后，D脱除钯催化剂得到产物3aa。 ▲图7 可能的催化循环机理 在文章的最后，我们探究了取代基对反应速率的影响。芳基端炔和重氮化合物均得到了倒V型的哈米特方程。其中，对于端炔底物，反应常数很小，分别为+0.21和-0.12，这表明端炔芳环上取代基团对反应速率的影响不大（图8）。α-芳基-α-重氮酯的反应常数则分别为+1.01和-1.07，这一结果表明，当芳环含有供电子基时，反应的决速步骤为中间体B对端炔的亲电加成过程，当芳环含有吸电子基时，生成卡宾钯A为该反应的决速步骤（图9）。▲图8 对位取代芳基端炔参与反应的Hammett图 ▲图9 对位取代α-芳基-α-重氮酯参与反应的Hammett图 05 总结与展望 我们课题组采用钯/酸协同催化的策略，提高了卡宾钯物种的亲电性，实现了α-芳基-α-重氮酯与端炔的[3+2]环加成反应，高选择性、高收率地得到一系列2,3,5-三取代呋喃化合物。该反应的优势是：底物适用范围广、官能团兼容性好；反应条件温和，原料、催化剂以及添加剂均易于获得；产物具有很高的应用价值，既可以作为中间体合成丁内酯类化合物，也可以直接用作有机染料。 原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c02533 相关推荐1. 仪器表征基础知识汇总2. SCI论文写作专题汇总3. Origin/3D绘图等科学可视化汇总4. 理论化学基础知识汇总5. 催化板块汇总6. 电化学-电池相关内容汇总贴7. 研之成理名师志汇总更多科研作图、软件使用、表征分析、SCI 写作、名师介绍等干货知识请进入后台自主查询。