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雜環(huán)和碳環(huán)是藥物和天然產(chǎn)物中的重要結(jié)構(gòu)骨架。目前，獲得此類結(jié)構(gòu)的重要策略是催化C=C鍵與雙功能偶聯(lián)配偶體的[n+2](雜)環(huán)化反應(yīng)。在過去幾十年已發(fā)展的此類反應(yīng)中，金屬催化π-鍵與兩親性有機鹵化物的環(huán)化反應(yīng)具有良好的實用性。此類轉(zhuǎn)化可以利用簡單易得的起始原料，在溫和條件下實現(xiàn)不同取代烯烴與兩親性有機鹵化物的環(huán)化。但是到目前為止，利用脂肪醇、胺以及硫醇衍生物的同時C-H和C-雜原子活化來實現(xiàn)此過程卻少有探索。最近，輝瑞腫瘤藥物化學(xué)部Indrawan J. McAlpine和美國斯克里普斯研究所Keary M. Engle課題組聯(lián)合發(fā)展了首例Pd^II催化脂肪醇、胺和硫醇衍生物與兩親性有機鹵化物的σ-鍵環(huán)化反應(yīng)，以良好的非對映選擇性實現(xiàn)了一系列五元和六元（雜）環(huán)的合成（Figure 1）。下載化學(xué)加APP到你手機，更加方便，更多收獲。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

首先，作者選擇連有8-氨基喹啉（AQ）的醚1a和N-Ts保護的鄰碘苯胺2a作為模板底物進行反應(yīng)探索（Table 1）。當(dāng)使用Pd(OAc)₂ (10 mol%), AgOAc (1.0 equiv), 1-Ad-CO₂H (1-adamantanecarboxylic acid) (0.5 equiv)，在MeCN (1.0 M) 中80 °C反應(yīng)5小時可以以86%的分離產(chǎn)率得到產(chǎn)物3aa（Table 1, entry 1）。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

隨后，作者對此反應(yīng)的底物范圍進行了考察（Table 2）。首先，作者對不同的離去基團進行了考察（Table 2A）。實驗結(jié)果表明，一系列含氧、氮、硫離去基團均可兼容，分別通過C-O、C-N以及C-S鍵的斷裂以26-86%的產(chǎn)率實現(xiàn)產(chǎn)物1a-1k的合成。遺憾的是，當(dāng)使用氟原子作離去基時反應(yīng)不發(fā)生。隨后，作者對不同取代的鄰碘苯胺（酚）2的兼容性進行了考察（Table 2B）。實驗結(jié)果得出此轉(zhuǎn)化具有良好的底物適用性和官能團兼容性（鹵素、甲基、甲氧基、酯基、氰基等），以29-93%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物3aa-3ap。值得注意的是，鄰碘苯酚也可以作為偶聯(lián)配偶體實現(xiàn)此[3+2]環(huán)化（3fn, 31%）。接下來，作者對連有支鏈的底物適用性進行了考察（Table 2C）。α-異丙基取代的底物反應(yīng)較好，以84%的產(chǎn)率得到3na。而α-甲基和芐基取代的底物則相對差一些（3ma, 29%；3oa, 18%）。此外，γ-甲基取代的底物僅以<5%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物3pa。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

接下來，作者對光學(xué)純的L-甲硫氨酸所衍生的起始原料1l的反應(yīng)性進行了探索（Table 3）。實驗結(jié)果表明，稍微改變反應(yīng)體系（HFIP/MeCN作溶劑，不需要1-Ad-CO₂H作添加劑），1l可以順利與不同取代的芳基碘化物反應(yīng)，以23-79%的產(chǎn)率，81-94% ee得到相應(yīng)的產(chǎn)物3la-3ln。此外，(rac)-3ln通過單晶衍射表明NPhth基團與新形成的C-C鍵在異側(cè)。利用此方法可以實現(xiàn)其它方法難以獲得的α-氨基酸衍生的雜環(huán)化合物的合成。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

接下來，作者將此β-消除策略應(yīng)用于非張力雜環(huán)的開環(huán)轉(zhuǎn)化（Scheme 1）。當(dāng)作者使用消旋的四氫呋喃類化合物1q作為起始原料時，以HFIP為溶劑時，可以以26%的產(chǎn)率得到單一非對映體的吲哚啉產(chǎn)物3qa。當(dāng)使用四氫吡喃1r為起始原料時，在Cu(OAc)₂存在下發(fā)生開環(huán)后生成的烷氧基會發(fā)生原位內(nèi)酯化以64%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物3ra。此外，使用哌啶衍生物1s參與反應(yīng)時，可以以25%的產(chǎn)率得到開環(huán)產(chǎn)物3sa。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

為了深入理解反應(yīng)機理，作者進行了一系列控制實驗。當(dāng)使用CD₃CN作溶劑，CD₃CO₂D作添加劑時，作者在低轉(zhuǎn)化率時停止反應(yīng)并沒有在產(chǎn)物和回收的起始原料中觀察到氘代現(xiàn)象，由此表明C(sp³)-H活化是不可逆的（Figure 2A）。隨后，作者制備了烯烴1m’并在標準條件下反應(yīng)以89%的產(chǎn)率，>20:1 dr得到了產(chǎn)物3ma，由此表明催化循環(huán)中可能會涉及Pd^II(π-alkene)中間體（Figure 2B）。基于上述實驗結(jié)果和文獻報道，作者提出了可能的反應(yīng)機理（Figure 2C）：首先，底物與Pd^II配位并發(fā)生C(sp³)-H活化得到烷基鈀環(huán)中間體。由于雙螯合氨基喹啉導(dǎo)向基的存在，使得β-H消除與β-雜原子消除相比是不利的。因為順式β-H消除所涉及的[5-5-4]三環(huán)過渡態(tài)與反式β-雜原子消除的[5-5]雙環(huán)過渡態(tài)相比增加了環(huán)張力。因此，烷基鈀環(huán)中間體在經(jīng)歷β-雜原子消除后得到了Pd^II(π-alkene)中間體。接下來，Pd^II(π-alkene)中間體經(jīng)歷了親核鈀化、氧化加成以及還原消除得到產(chǎn)物。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）