南开大学张弛、于奡教授：有机三价碘试剂HTIB促进的环状β-二羰基化合物的双脱氢反应

2,3-苯并环庚烯酮类化合物是一类含有环庚烯酮结构单元的重要化合物，不仅可作为反应中间体，而且其骨架广泛存在于天然产物分子中。2,3-苯并环庚烯酮的合成方法通常是从其相应环状前体出发，经历溴化和脱除溴化氢两步反应过程。近年来，研究人员使用有机五价碘试剂，如IBX和AIBX，实现了2,3-苯并环庚酮及其衍生物的双脱氢反应，一步合成2,3-苯并环庚烯酮骨架，但反应收率较低，且需要较高反应温度，因而使其应用受到了限制。

最近，南开大学张弛教授课题组以温和易得的有机三价碘试剂HTIB(Koser试剂)作为氧化剂，以1,4-二氧六环为反应溶剂，室温条件下实现了环状1,3-二羰基化合物的双脱氢反应，以较高的收率得到对应的2,3-苯并环庚烯酮类化合物(图1)。该方法不仅操作简便，条件温和，且所需有机三价碘试剂HTIB安全易得，贮存方便。

图1. 本文报道的环状β-二羰基化合物的双脱氢反应。

 此外，作者发现，以结构更为简单的有机三价碘试剂HMIB作为氧化剂，同样可以顺利地实现底物1n的双脱氢反应(图2)。基于此结果，他们与南开大学于奡教授课题组合作，通过实验方法和DFT计算，对Koser类试剂促进的2,3-苯并环庚酮化合物的双脱氢反应的机理进行了深入的探究。

图2. HMIB促进的双脱氢反应。

结果表明，HMIB在反应体系中可解离为¯OMs阴离子和高活性高价碘中间体PhI^＋OH，底物R(1n)的烯醇式R’与游离的¯OMs反应得到烯醇负离子中间体，该中间体紧接着与PhI^＋OH作用生成稳定离子对IM1，这一过程所需的能垒为15.9 kcal/mol(TS1)，室温条件下较易实现。IM1经过过渡态TS2(15.1 kcal/mol)后得到中心碘原子与α-碳键合的中间体IM2，IM2通过过渡态TS3得到围绕三价碘中心的顺式异构体IM2’，此能垒值仅为11.9 kcal/mol，使得围绕三价碘中心的高价扭转(hypervalent twisting)在室温下可以顺利进行。随后通过过渡态TS4可实现第一个不饱和碳-碳双键的构建，得到中间体IM3(图3)。

图3 构建第一个碳-碳双键的势能图。

分子内第二个不饱和碳-碳双键的构建类似于上述过程。值得指出的是，围绕三价碘中心的顺式异构体IM5’甚至比反式异构体IM5稳定(自由能差值1.6 kcal/mol)。另外，双脱氢反应的限速步为离子对IM4经过过渡态TS6(24.3 kcal/mol)形成反式异构体IM5，而两次分子内拔b位和d位碳上氢的过程并不是限速步骤(IM2’® IM3和IM5’® 2n)。从总的反应势能图可以看出，该反应生成具有大共轭体系的2,3-苯并环庚烯酮类产品(2n)是热力学非常有利的(图4)。

图4 构建第二个碳-碳双键的势能图。 

基于上述工作，他们提出了HTIB促进的环状1,3-二羰基化合物双脱氢反应的机理(图5)，为理解有机三价碘试剂作为脱氢试剂反应提供了全新的思路。

图5 反应机理。

相关成果近期在线发表于Science China Chemistry。详细内容见：

Shan-Shan Liu, Li Wang, Ya-Nan Duan, Ao Yu, Chi Zhang. Double Dehydrogenation of Carbocyclic β–Dicarbonyl Compounds: Koser's Reagent Can Do What Iodine(V) Reagents Can. Sci. China Chem. 2019, doi: 10.1007/s11426-018-9400-2.

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