近日，华东师范大学姜雪峰教授课题组在JACS发表论文，报道了通过Rh(I)-催化卡宾迁移、羰基化和环化的串联过程，从而合成多种邻甲硅烷基取代的酚类化合物，可进一步转化为全取代的芳炔前体。炔烃末端的甲硅烷基不仅可抑制氧化副反应的发生，还可以控制CO的选择性插入。此外，该反应还是构建多环芳烃化合物的有效方法。文章链接DOI：10.1021/jacs.0c13012。

　　（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

　　芳炔具有出色的反应活性，可作为合成功能性芳烃的有效底物。自1953年Robert等首次使用苯炔的三键用于相关反应之后，一系列类似物（如萘基炔、吡啶炔和吲哚炔）已成功用于功能性材料分子和天然产物的合成。同时，可通过苯炔、9,10-菲基炔和萘基炔有效的构建全取代的芳环骨架三亚苯基（Triphenylenes）、六苯并三亚苯基（hexabenzotriphenylenes）和红荧烯（rubrenes）。并且，苯炔也可有效地合成多环天然产物，如通过吡啶炔的环加成反应可获得玫瑰树碱，通过苯炔的串联反应可构建dictyodendrin A（Scheme 1A）。早期，主要是在碱性条件下通过芳基卤化物的脱卤化氢形成芳炔。随后，Kobayashi等报道了一种更为简便的芳炔合成方法，即通过氟化物诱导的2-（三甲基甲硅烷基）苯基三氟甲磺酸酯的1,2-消除（Scheme 1B）。最近，Hoye等报道了三炔的六氢-Diels-Alder（HDDA）工艺，实现了多环芳炔的合成。作者设想，是否可以使用二炔底物，通过卡宾迁移、CO插入和6π电环化的串联过程，从而实现全取代芳炔前体的合成（Scheme 1C）。然而，该反应也存在一定的挑战，如两种卡宾中间体的氧化竞争性反应、CO插入的顺序等。在此，华东师范大学姜雪峰课题组基于硅取代基的空间效应和超共轭效应，设计了一种含有甲硅烷基的炔基-炔胺底物，可抑制不希望的氧化，同时实现CO的选择性插入，同时，通过Rh(I)-催化卡宾迁移和甲硅烷基辅助的CO插入来实现甲硅烷基二炔的羰基化环化反应，以构建全取代的芳炔前体。

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　　首先，作者以二炔1作为模型底物，对末端炔烃上的取代基和N-O氧化物进行了筛选（Table 1）。反应结果表明，Rh(I)-卡宾的迁移速率受硅取代基空间位阻影响，当末端炔烃取代基为TBS时，可获得76%收率的P1。同时，吡啶-N-氧化物2-位的空间位阻和电子效应均可防止氧化副产物SP-1的生成，当使用亲核试剂N-O-4时，可获得76%收率的P1。通过进一步优化（减少N-O-4的比例），可将收率提高至82％。

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　　获得上述最佳条件之后，作者对二炔底物范围进行了扩展（Table 2）。首先，具有不同N-取代的磺酰基（如Ts、Ms和Bs），均以76-83％的收率得到所需产物2a-2c，同时，2a的克级规模实验也成功进行（83％收率）。其次，芳环上不受电子效应影响，均以高收率获得产物2d-2i。同时，各种官能团（如酯、酰胺和乙酰基）均具有良好的耐受性，以68-89％的收率获得相应的产物2j-2l。芳环上含有3,4-二取代的二炔底物，也以67-77％的收率获得产物2m-2o，但也存在10-31％收率的1,3-甲硅烷基迁移的副产物。此外，杂环取代的二炔也以82％和73％的收率获得相应的产物2p和2q。值得注意的是，该方法可有效合成咔唑类生物碱骨架（2r和2s），并且，该方法可对氨基酸、薄荷醇和雌酮进行相关的后期修饰（2t-2v）。

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　　多环芳烃分子（PAMs）由于其在材料科学中具有独特的光电特性从而备受关注。通过加入F-源，可实现芳炔前体与各种二烯（包如呋喃、1,3-二苯基异苯并呋喃和四环酮）的环加成反应，从而以78-92％的收率获得多环芳烃产物4a-4c（Table 3）。其次，各种全取代的芳烃前体与1,3-二苯基异苯并呋喃进行环加成反应时，芳环上具有富电子和缺电子基团时，均具有良好的耐受性，以85-92％的收率获得相应的产物4d-4f，其中含有溴取代的分子可进一步进行相关的偶联反应。此外，噻吩取代的底物，也以69％的收率获得环加成产物4g。值得注意的是，这些多环芳烃分子在溶液中具有强烈的荧光，从而在有机光电材料中具有潜在的应用价值。

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　　为了进一步了解反应的过程，作者对反应机理进行了研究（Scheme 2）。首先，当炔烃底物末端上含有甲基和苯基时，可获得28％和57％收率的氧化副产物SP-2，当使用空间位阻更大的叔丁基时，可以防止副产物SP-2的生成，但不利于CO的插入。这些结果表明，空间位阻以及炔烃末端的电子效应对于反应至关重要（Scheme 2a）。紧接着，1i于标准条件下反应，并使用10当量的甲醇，分别获得38％收率的甲酯5i，26％收率的去甲硅烷基化产物6i以及微量的目标产物2i。同时，7a在标准条件下反应，仅获得61％收率的二酮产物8a，从而表明第一步中的Rh卡宾不利于CO的插入（Scheme 2b）。

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　　根据上述实验，作者提出了一种可能的反应机理（Scheme 3）。首先，催化剂Rh(I)与富电子三键配位，然后受到N-氧化物的亲核进攻，形成Rh(I)-卡宾中间体B，同时，底物与吡啶N-氧化物之间的空间和电子效应都可完全抑制氧化副产物B'的生成。其次，铑卡宾中间体B从苄基位置迁移至甲硅烷基的α-位，得到中间体C。紧接着，经CO配位和插入，得到甲硅烷基乙烯酮E，同时解离和再生Rh(I)-催化剂。随后，E的6π电环化得到中间体F，经1,5-H迁移，得到环己二烯酮G。最后，芳香化可能经历两种途径，即通过1,3-H迁移得到动力学目标产物（path A），而在较高温度下发生1,3-Si迁移得到热力学稳定的副产物I（path B）。此外，甲硅烷基的空间位阻效应，可避免2-溴吡啶N-氧化物再次对卡宾碳的影响，成功地防止了从C到二酮C'的二次氧化。

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　　总结：华东师范大学姜雪峰教授课题组报道了一种 Rh(I)- 催化卡宾迁移/羰基化/环化串联反应的策略，可轻松构建全取代的芳炔前体，并在有机光电材料合成中具有巨大的潜力。值得注意的是，炔烃上的甲硅烷基的空间和超共轭效应，对于串联过程中控制CO选择性的插入（通过阻止卡宾中间体的氧化）至关重要。