Angew：金催化双重1,2-重排合成乙烯基丙二烯衍生物
导读：
近日，西班牙奥维耶多大学Luis A. López与马德里康普顿斯大学Israel Fernández课题组报道了一种金催化下炔丙基酯与炔基硅烷的反应，从而合成一系列乙烯基丙二烯衍生物，反应过程中涉及[1,2]-酰氧基/[1,2]-甲硅烷基重排。该反应具有收率良好、原子经济性高、底物范围广泛、催化剂负载量低等特点。DFT计算表明，首先，[1,2]-酰氧基重排生成金乙烯基卡宾中间体。随后，炔基硅烷进行区域选择性进攻形成乙烯基阳离子，该阳离子可进行II型dyotropic重排，从而获得最终产物。此外，作者还开发了该反应的对映选择性版本。相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.202110783）。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
正文：
金属卡宾是有机合成和催化反应中常见的中间体，可进行多种反应。其中，炔丙基酯用途最为广泛，尤其是与金催化剂相结合使用。在金催化炔丙基酯的反应中，涉及三键与亲有机物质（carbophilic）催化剂的配位形成卡宾中间体，随后再进行[1,2]-酰氧基重排。然而，对于乙烯基金卡宾中间体的实际结构是一个具有争议的话题，其在很大程度上取决于卡宾取代和与过渡金属配位的辅助配体，范围从金稳定的卡宾到烯丙基金碳正离子。除结构以外，这些中间体的反应性也被广泛地研究。其中，大部分反应是使用烯烃和二烯作为捕集剂，对于使用炔烃的方法却很少被研究。虽然已报道了一些关于分子内的反应，但炔烃与炔丙基酯生成金卡宾中间体进行分子间反应仍具有挑战。2013年，Hashmi课题组报道了金催化炔酰胺和炔丙基酯的环化反应，以区域选择性的方式合成功能化的环戊二烯，这是由炔丙基酯生成金卡宾中间体进行分子间拦截的唯一例子（Scheme 1, top）。受此启发，作者开始探索金催化炔丙基酯与炔基硅烷的反应。作者假设，炔基硅烷中甲硅烷基团的位阻较大，可能会阻碍环化反应以及β-硅基效应，可避免[3+2]环加成产物的生成，从而获得乙烯基丙二烯衍生物（Scheme 1, bottom）。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
首先，作者以1a与2a作为模型底物，对反应条件进行了大量的筛选。筛选结果表明，使用1 mol%的IPrAuNTf2为催化剂，底物在DCM溶剂中50 °C下反应，获得了78%收率的乙烯基丙二烯衍生物3a，且为单一的Z-异构体（Scheme 2）。
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在获得上述最佳反应条件后，作者对底物范围进行了扩展（Table 1）。首先，当R2取代基为叔丁基、甲基，R1取代为(4-氟取代)芳基时，均可与2a顺利反应，获得产物3b和3c。当使用TBS基团代替TMS基团时，反应以65-91%的收率获得产物3d-3g。其次，炔基硅烷的芳基取代（对位）含有富电子基团时，反应以69-98%收率获得相应产物3h-3m。炔基硅烷的芳基取代（对位）含有卤素时，反应也以58-88%收率获得产物3n-3s。炔基硅烷的芳基取代（对位）含有强吸电子基时，也与体系兼容，反应以中等收率获得产物3t和3u。同时，炔基硅烷的芳基取代（间位）含有甲基时，反应以74%收率形成产物3v。此外，萘基、二茂铁基、环烯基、环烷基等取代的炔基硅烷，均与体系兼容，获得相应的产物3w-3ab，收率为36-91%。值得注意的是，将催化剂负载量增加到5.0 mol%时，可使产物的收率更高，例如3z-3ab。
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紧接着，作者提出了一种可能的反应机理（Scheme 3）。首先，炔丙基酯1经1,2-酰氧基迁移形成金卡宾中间体I，炔基硅烷对亲电卡宾碳原子进行区域选择性进攻形成阳离子中间体II（由β-硅基效应稳定）。然后，消除[Au]+片段并同时发生1,2-甲硅烷基迁移，可形成最终产物3。此外，为了更深入地了解这种新反应的反应机理，作者还进行了相关的DFT计算（Figure 1）。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
随后，作者对反应的实用性进行了研究（Scheme 4）。首先，在标准条件下进行1b与2e的克级规模实验，可将催化剂负载量降至0.4 mol%，并获得85%收率的产物3m。其次，化合物3m在含有四丁基氟化铵（TBAF）的氯仿溶剂中，易进行脱甲硅烷基化反应，获得89%收率的丙二烯产物4。此外，1b也可以和4顺利反应，获得40%收率的产物5。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
最后，作者对该策略的对映选择性版本的可行性进行了研究（Table 2）。通过相关的筛选，作者发现，当使用1.0 mol%的L*AuCl为手性金催化剂，1.0 mol%的AgNTf2作为卤化物提取剂（halide abstractor），底物在DCE溶剂中0 ℃下反应，可获得一系列手性乙烯基丙二烯衍生物3，收率为51-85%，er值高达95:5。值得注意的是，炔基硅烷的结构对于对映选择性至关重要，如TBS取代的炔基硅烷具有更高的选择性。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
总结：西班牙奥维耶多大学Luis A. López与马德里康普顿斯大学Israel Fernández课题组报道了一种高效且原子经济性的策略，可从炔丙基酯和炔基硅烷中直接合成功能化的乙烯基丙二烯衍生物。值得注意的是，该转化代表了用炔烃进行分子间捕获金卡宾配合物的一个不寻常的例子。DFT计算表明，反应涉及炔基硅烷对金卡宾中间体的区域选择性进攻形成乙烯基阳离子，随后该阳离子中间体可进行dyotropic重排的过程。
论文信息：
Gold-Catalyzed Reaction of Propargyl Esters and Alkynylsilanes: Synthesis of Vinylallene Derivatives through a Twofold 1,2-Rearrangement
Olaya Bernardo, Silvia González-Pelayo, Israel Fernández,* and Luis A. López*