王优良教授团队在α-羰基碳正离子的产生与转化方面取得新突破

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高活性瞬态反应中间体的产生与转化是发现新反应活性与成键方式的重要途径。与自由基、卡宾、苯炔等高活性反应中间体相比，α-羰基碳正离子尚未得到充分发展。作为传统的α-羰基碳负离子极性反转的活性中间体，α-羰基碳正离子化学的发展必将为有机合成领域贡献全新、互补的成键策略。相比而言，α-羰基碳负离子的产生与转化是羰基化合物的本征反应，前驱体种类丰富，而α-羰基碳正离子的生成在很大程度上依赖于预官能化的羰基化合物前驱体（图1a）。

图1.α-羰基碳正离子的应用价值、存在问题以及王优良教授团队的研究思路

        西安交通大学化学学院王优良教授团队长期致力于基于炔烃的高活性反应中间体的产生与转化研究，并取得了阶段性成果(Commun. Chem.,2022,5, 145-151；Org. Lett.,2022,24, 1871-1875)。针对α-羰基碳正离子前驱体结构复杂、不易得的关键科学问题，该团队提出了以简单易得的炔烃为前驱体，通过质子酸化氧化构建α-羰基碳正离子的研究思路（图1d）。尽管存在诸多挑战，作者通过底物设计与条件优化首次实现了质子酸催化炔烃直接氧化产生α-羰基碳正离子，该中间体经Wagner-      Meerwein重排得到了一系列β, γ-不饱和羰基化合物。作者对底物适用范围进行了详细探讨，并对Wagner-Meerwein重排过程中基团迁移顺序进行了深入研究。
        该团队进一步实现了亲电性碘代试剂（DIH）催化炔烃直接氧化产生α-碘代-α-羰基碳正离子。与上述质子酸催化的反应不同，该活性中间体通过Wagner-Meerwein重排高度区域选择性的转化为一系列α, β-不饱和羰基化合物。该反应同样有着优异的底物适用范围，Wagner-Meerwein重排过程中基团迁移顺序也被详细阐述（图3）。
重庆大学白若鹏课题组对该反应的机理进行了DFT理论计算研究，验证了经N-O键断裂形成α-羰基碳正离子以及α-碘代-α-羰基碳正离子的过程，同时对Wagner-Meerwein重排过程中基团迁移的选择性以及产物的α, β/β, γ选择性进行了深入研究。
        该工作另一特色是将惰性的叔丁基转化成易于转化的烯烃，两类产物都可进行多样性转化，基于此方法作者实现了nicotlactone B与galbacin的简洁形式全合成。
近日，该研究成果发表在国际化学领域顶级期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上，西安交通大学化学学院为论文的第一单位，西安交通大学化学学院王优良教授、王卫林助理教授以及重庆大学白若鹏副教授为论文的通讯作者。西安交通大学化学学院硕士研究生周俊汭、助理教授王卫林和重庆大学硕士研究生左芬芳为论文的共同第一作者。该研究工作得到了国家高层次人才青年项目、陕西省高层次人才青年项目、国家自然科学基金、陕西省自然科学基金和中央高校基本科研业务费的大力支持。
        论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202302545
        王优良教授课题组主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/youliangwang/home
        文章来源：西安交通大学
        王优良，教授，博士生导师，山东人。入选国家级高层次人才青年项目、陕西省高层次人才青年项目、西安交通大学“青年拔尖人才”A类。2011年本科毕业于中国科学技术大学，2016年博士毕业于美国加利福尼亚大学-圣塔芭芭拉分校，后在美国斯坦福大学Barry M. Trost教授课题组从事博士后研究工作。2020年加入西安交通大学。课题组研究方向是开发简单、实用、高效的有机合成新方法并应用于有机功能材料、药物、天然产物等合成。目前，已在Science, Nat. Chem., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Catal.等国际重要期刊发表论文20余篇。