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ACS Catal. | 铑催化碳-氢键活化反应构建高度官能团化的呋喃酮骨架研究取得重要进展

近日,中科中山药物创新研究院吴小伟课题组联合成都大学赵飞课题组以及广州医科大学易伟课题组在催化领域国际著名学术期刊《ACS Catalysis》(中科院一区,IF13.084)发表了一项题为“Chemo-, Regio-, and Stereoselective Assembly of Polysubstituted Furan-2(5H)-ones Enabled by Rh(III)-Catalyzed Domino C–H Alkenylation/Directing Group Migration/Lactonization: A Combined Experimental and Computational Study”的研究成果。

过渡金属催化的碳-氢(C-H)键官能团化反应目前已经成为有机合成领域的研究热点之一。C-H键广泛存在于有机化合物中,这为通过直接C-H活化的方式进行化学结构修饰提供了可能,同时也为复杂有机分子的逆合成分析提供了新的方向与思路。然而,如何实现反应的化学选择性、区域选择性以及立体选择性是C-H键活化反应面临的重要挑战。近十年来,导向基辅助的C-H活化反应取得了巨大的发展。在导向基团的作用下,过渡金属例如铑、钌、钯、铱、锰、钴、镍等能活化邻位C-H键,从而快速构建碳-碳键和碳-杂原子键,为合成结构多样的杂环化合物和引入不同的官能团提供了便捷的方法。但是,在绝大部分导向基辅助的C-H活化反应中,其导向基固定在特定的位置保持不变,这也导致导向基可能成为产物中冗余的片段。因此,如何实现导向基的移除或者迁移、重排等其他形式的转化将成为C-H活化反应今后的研究方向之一。目前,涉及导向基迁移的C-H活化反应的例子仍非常有限,基于我们前期的研究成果(ACS Catalysis, 2017, 7, 2494-2499;Organic Letters, 2018, 20, 2224-2227;Organic Letters, 2020, 22, 9163-9168;Organic Letters, 2021, 23, 727-733),我们致力于开发新的涉及导向基迁移C-H活化反应为合成复杂分子或新颖结构提供新的策略,为该领域的发展及潜在的应用前景提供积极且有用的策略参考。

通过合理设计和大量实验筛选,我们发展铑催化的吲哚与4-羟基炔酸酯衍生物之间的多步串联反应,快速构建了一类结构新颖的高度官能团化的呋喃酮衍生物,该反应涉及C-H键活化、导向基迁移、内酯化及羟基化的过程。另外该反应还具有化学选择性和区域选择性高、底物适用范围广、官能团耐受性好、产率优良、反应条件温和等优点。此外,密度泛函理论计算为该催化体系可能的反应路径提供了合理解释。通过LanthaScreen TR-FRET 实验测试所获得的呋喃酮衍生物与过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARg)之间的结合亲和力,我们发现该类化合物显示了一定的PPARg结合活性,这也证明了该方法潜在的药学应用前景。

该研究成果得到了国家自然科学基金、成都市“蓉漂计划”项目、四川省科技计划项目、广东省自然科学基金杰出青年项目以及上海市浦江人才计划等项目的资助。


全文链接:https://doi.org/10.1021/acscatal.1c03846