【人物与科研】扬州大学杨文超课题组Org. Lett.：电化学促进AgSCF3与联芳基炔酮的串联螺环化反应
导语
近日，扬州大学杨文超老师与台州学院王磊教授课题组报道了籍电化学手段实现AgSCF3生成SCF3自由基，并最终应用于炔烃的串联螺环化反应合成螺[5,5]三烯酮衍生物中，相关成果在线发表于Organic Letters（DOI: 10.1021/acs.orglett.1c02260），扬州大学为第一完成与通讯单位，硕士研究生张明明完成了实验部分工作。相较于传统方法，该策略利用电子作为清洁的氧化还原剂，开辟了AgSCF3生成SCF3自由基的新模式。
杨文超博士课题组简介
杨文超博士近年来主要围绕高效、绿色、精准催化反应的建立，利用炔烃的串联环化策略充分挖掘杂原子在杂环构筑中的新功能。其主要研究兴趣为：光、电诱导小分子天然产物的合成与构效关系研究；杂环化合物合成新方法与构效关系研究。目前以第一或通讯作者在Pest Management Science、Organic Letters、Chemical Communications、Organic & Biomolecular Chemistry、Chinese Journal of Catalysis、Chinese Chemical Letters、Advanced Synthesis & Catalysis、ACS Sustainable Chemistry & Engineering等国际学术刊物上发表SCI论文20余篇。曾获南京农业大学博士生校长奖学金、南京农业大学优秀博士毕业生等荣誉。
前沿科研成果
无金属、无催化剂条件下SCF3自由基的电化学生成
三氟甲硫基是一个重要的含氟官能团，引入到药物分子后可增强药物分子的脂溶性，增强其穿透过细胞膜的能力，直接增进化合物的跨膜吸收。步骤简洁且高效实现炔烃双官能团化是一类非常重要的反应，此类反应可以直接实现从简单原料到高附加值产物的转化。AgSCF3作为一种稳定且简单易得的三氟甲硫基源，在过去的十年中已被广泛应用于炔烃的自由基串联环化反应构筑官能化的杂环中。然而，已知的文献报道均依赖于使用过硫酸盐、较长的反应时间以及较高的反应温度。因而，发展无金属以及无催化剂条件下，SCF3自由基的新生成方式依然具有很高的研究价值。
图 1. 炔烃与AgSCF3的自由基三氟甲硫基化/环化反应
（来源：Organic Letters）
2016年，兰州大学刘雪原教授课题组报道了一种K2S2O8与TBHP联合促进炔烃的5-exo-trig串联三氟甲硫基化/螺环化反应（图1b，Org. Lett. 2016, 18, 3486–3489），受此工作启发和作者前期在炔烃转化方面的工作基础上（Chem. Commun. 2015, 51, 7520–7523; Org. Lett. 2018, 20, 3144–3147; Org. Biomol. Chem. 2021, 19, 3844–3849），本文利用联芳基炔酮作为反应试剂，以电化学作为合成手段实现了在无金属、无催化剂及无氧化剂条件下的SCF3自由基的可控生成及6-exo-trig串联三氟甲硫基化/螺环化反应（图 1c）。
图 2. 电化学螺环化与去芳构化反应底物广谱性
（来源：Organic Letters）
随后，作者对该反应的底物范围进行了详细考察。研究发现，该电化学条件下螺环三烯酮的合成反应在乙腈溶剂中表现出了良好的官能团耐受性，无论与炔相连的芳环是吸电子、给电子基团或者位阻效应对反应均无明显影响（图 2）。此外，杂环如噻吩取代的底物亦可以73%的收率得到目标产物。作者通过对产物3a进行X射线晶体学分析确定其绝对构型。
随后，作者考察了去芳构化芳环的官能团耐受性（图 3）。含有1,2,3-三甲氧基苯基去芳构化环单元的联芳基炔酮可以较好地兼容反应体系，以中等偏上的收率获得螺环化产物。以1,2-二甲氧基苯基或1,3-二甲氧基苯基取代1,2,3-三甲氧基苯基同样可获得可以接受的收率。
图 3 . 去芳构化芳环底物广谱性
（来源：Organic Letters）
最后，作者提出了以下可能的反应机理（图 4）。首先，AgSCF3在阳极失去电子被氧化成SCF3自由基A，该物种继而加成到炔烃形成烯基自由基中间体B。随后，B中间体经历分子内环化、氧化得到D中间体，最后在碱的进攻下发生脱甲基化生成最终产物并释放出MeOH。同时，MeOH以及反应体系中的质子在阴极被还原为氢气，但是也不能排除银离子在阴极还原的可能性。
图 4. 可能的反应机理
（来源：Organic Letters）
小结：杨文超课题组在电化学条件下首次实现了AgSCF3生成SCF3自由基，并将其应用于炔烃的串联反应中。与传统的策略相比，该方法成功避免了过渡金属、氧化剂、高温等不利条件限制，有利于实际应用。