铁催化环异构化和C-C键活化合成三环丁烷

环异构化反应是一类从简单起始材料出发构建复杂的环状环系的反应。在关于这种特殊类型的骨架重排的大量报告中，虽然Rh和Ir络合物明显地主导了这一化学领域，但被定义为π-Lewis酸催化剂的Au(I)络合物的出现为该领域开辟了一个全新的方向。最近，有科学家报道了阳离子16电子Fe(0)络合物[(Ph3P)2Fe(CO)(NO)]BF4 2作为π-Lewis酸催化剂用于炔乙酸酯或芳基烯丙基酮的氧化还原中性环异构化(方案1)。此外，已经有科学家通过Wender或Shintani/Hayashi反应，利用Rh-络合物催化[5+2]-环反应。事实上，Au(I)络合物作为π-Lewis酸被Echavarren用来研究环丙基取代烯炔的环异构化反应，如7。与Rh-催化形成鲜明对比的是，Rh催化的环异构化不产生[5+2]-环加成产物，而Au催化的环异构化-Prins-环化得到稠合的5，5，4-三环产物8。基于对上述反应的了解，近日来自德国斯图加特大学Plietker课题组利用阳离子铁络合物[(Ph3P)2Fe(NO)(CO)]BF4催化环丙基取代烯炔的环异构化-C-键活化为复杂的三环n.5.4-支架，这些化合物存在于天然产物中，如舒卡汀G或凯尔索烯。

在作者以前工作的基础上，开始了这项研究，用铁络合物催化环丙基烯炔12(表1)。虽然最初尝试使用简单的未活化的环丙烷(R4=H，Me)或烷氧基取代的环丙烷(R4=OTB)没有显示出任何转化，但芳基取代的环丙烷(如12)在温和的条件下已经显示出良好的反应活性。分离得到二烯13，产率较高，为唯一产物。当催化剂的负载量降到3mol%时，即使在30°C的温度下也有可能实现良好的转化率，然而，二烯13与烯丙基醋酸酯14一起作为副产物形成(条目3和4,表1)。对照实验表明该反应确实是催化的(条目5和6,表1)。

环异构化消除被证明具有广泛的适用性(方案2)。各种不同的环丙基取代烯炔以较好的产率转化为相应的稠合三环环丁烷。虽然在所有报道的情况下，以回收的原料为基础的产率都超过90%，但在某些情况下，观察到少量烯丙基酯部分因水解而形成烯丙醇。重要的是，卤化物、醚和酰胺是可以容忍的。可以使用炔丙基，但也可以使用高丙基酰胺，从而允许环大小的变化，或者在使用更高取代的高丙基酰胺时，以良好的产率形成甚至像29的四环结构。对取代基Y的性质对产率有显著影响(产物13-19与产物20-24,方案2)。而给电子基取代基增加了产物13-19的产率，这表明在丙酸丙酯的活化过程中需要稳定部分正电荷，而环丙烷部分的芳基的对位取代则相反(产物20-24,方案2)。这指向了催化剂控制的环丙烷C-C键活化的方向，而不是碳阳离子(Wagner-Meerwein类型)开环反应。

由于二烯13-29的形成遵循环异构化和随后的消除(等式)的两步机理(方案3)。作者设想知道，原料中酯部分的变化是否可能减缓消除过程，从而提供获得相应烯丙基乙酸酯的途径(方案3)。因此，制备了各种丙炔酸酯30-37，并在该反应条件下进行了反应。令人满意的是，在所有情况下，起始原料都得到了转化，这表明除了甲戊酸酯以外，这些酯基与环异构化条件是相容的，然而，在所有情况下，都观察到了二烯13或17的快速消除(等式(1),方案3)。在这一点上，为了弄清楚铁络合物是否真的催化了快速消除，在有或没有催化剂2的情况下，使烯丙基乙酸酯14在反应条件下分别导致定量消除到13或不反应(等式(2),方案3)。因此，不易消除的三取代烯烃35以75%的产率进行环异构化，得到非对映异构体纯的醋酸酯36(等式(3),方案3)。

在过渡金属催化的Tsuji-Trost型烯丙基化反应中，烯丙基烷基碳酸酯具有很高的活性。与使用烯丙基乙酸酯相比，离去基团可以经历快速的脱羧基，以得到相应的作为碱或亲核剂的醇盐。令人欣慰的是，使用炔丙基碳酸盐作为起始原料减缓了消除过程。使用炔丙基碳酸酯37，能够以52%的产率分离得到38，作为单一的非对映异构体，以及作为副产物的二烯17(等式(1),方案4)。使用三取代烯烃39以82%的产率和独有的非对映选择性(等式(2),方案4)。

为了探究该反应的机理，作者进行了一系列的实验，测试了不同的催化剂(等式(1),方案5)。虽然(Rh(CO)2Cl)2不起作用，但发现Echavarren的Au(I)络合物也是无效的(等式(1),方案5)。AgBF4的使用确实提供了以中等产率获得产品13的途径。使用AuCl3导致了原料的转化，然而，其中环丙基部分保持不变，丙烯44和环丙烷43以中等产率分离出来。(等式(2),方案5)。作者认为这两种产物都是这种转化的潜在中间体，因此对它们进行了反应条件的测试，但没有发现任何转化(等式(3)和(4)，方案5)。

基于这些发现，作者提出了以下机理假设(图1)。

综上所述，作者在这里报道了具有乙烯基环丙烷部分的烯乙酸酯的环异构化-C-C键活化。在温和的条件下，使用容易获得的阳离子铁络合物[(Ph3p)2Fe(CO)(NO)]BF4的催化促成了这种转化，从而以良好到高的产率得到稠合的三环环丁烷。根据取代方式的不同，可以观察到1，3-二烯或烯丙基乙酸酯的生成。有趣的是，在不同贵金属类型的催化剂中，只有AgBF4表现出类似的反应活性，尽管产率明显较低。