作者仅三人！苏州大学/上海有机所校友一作，洛桑联邦理工学院最新Nature Chemistry！

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环丙烯是最小的不饱和碳环，从环丙烯中去除一个取代基得到环丙烯阳离子（C3+，CPCs）。1957年，Breslow通过去除脂肪族位置上的一个取代基，发现了稳定的芳香族π型CPCs。相比之下，通过移除烯烃上的一个取代基而形成的σ型CPCs并不稳定，相对来说尚未得到研究。

2024年5月23日，瑞士洛桑联邦理工学院化学科学与工程研究所Jérôme Waser教授团队在Nature Chemistry期刊发表题为“Accessing elusive σ-type cyclopropenium cation equivalents through redox gold catalysis”的研究论文，团队成员博士后李向东（现美国俄亥俄州立大学博士后）为论文第一作者，Jérôme Waser教授为论文通讯作者。

李向东，美国俄亥俄州立大学博士后，合作导师：David A. Nagib教授；2012年本科毕业于苏州大学化学学院；2017年博士毕业于中国科学院上海有机化学研究所，导师：刘元红研究员；2017-2021年于德国哥廷根大学从事博士后研究；2021-2023年于瑞士洛桑联邦理工学院从事博士后研究，合作导师：Jérome Waser教授。

该研究引入了亲电环丙烯Au (III)物种作为σ型CPCs的等价物，它们可以与末端炔烃和乙烯基硼酸反应。催化剂负载量低至2mol%时，就能在温和的条件下合成高度官能团化的炔基或烯基环丙烯。研究人员开发了一类高价碘试剂，环丙烯基苯并碘唑（CpBXs），能够将Au (I)直接氧化为Au (III)，同时伴有环丙烯基的转移。该方案具有通用性，对多种官能团具有耐受性，可用于复杂天然产物、生物活性分子和药物的后期改性。

https://www.nature.com/articles/s41557-024-01535-8

该研究策略是基于生成瞬态亲电环丙烯金属物质IV，它可以通过与亲核试剂的配体交换得到V，然后快速还原消除，从而作为σ型CPC等价物。设计的关键要素是瞬态有机金属中间体IV的良好稳定性、快速配体交换和还原消除，特别是IV的催化生成，因为使用化学计量过渡金属试剂是不可持续的。基于已报道的使用环丙烯基溴和碘化物的方法的局限性，该研究策略将需要更具活性和稳定性的前体。近三十年来，高价碘试剂以其独特的离去基团能力、稳定性和可用性被广泛应用于亲核试剂的极性反转。基于之前对高价碘试剂的研究，尝试通过混合碘(III)化合物和亲核的环丙烯伙伴来合成所提出的σ型CPC前体。环丙烯基有机锂试剂可在-78°C下通过环丙烯s-1与正丁基锂的去质子化反应生成。在高价碘前体I1或I2的加入下，得到了收率较高的各种环丙烯基苯并碘唑(CpBXs) 1。用x射线晶体学证实了CpBXs 1k的结构。CpBX化合物稳定且易于操作。

本研究介绍了CpBX试剂作为σ型CPC合成等价物与金催化的应用。研究表明，CpBX与金催化剂的氧化加成是在温和条件下进行的，因此可以获得具有高官能团耐受性的σ型CPC合成等效物IV。使用末端炔烃或乙烯基硼酸作为偶联剂，可获得炔基或烯基环丙烯B1和B2，通常接近定量产率。研究表明，σ型CPC等价物的反应活性可基于金氧化还原过程加以利用，从而实现功能化环丙烯的分叉合成。此外，所获得的炔基环丙烯可作为多功能构建模块，用于获得有价值的功能化环丙烯、环丙烷和共轭炔烃。在对复杂的天然产物、生物活性分子和药物进行后期改性时，这种转化的力量将进一步突显。

图1. π型和σ型CPCs的结构及设计

图2. 炔基环丙烯的合成改性

图3. 金催化的σ型CPC转移反应机理研究

总之，该研究开发了可广泛应用的σ型CPC合成等价物。新设计的基于碘(III)的σ型CPC前体CpBXs，可由现成的试剂制备。以Au (I)配合物为催化剂，在温和条件下进行了CpBXs 1与末端炔或乙烯基硼酸的分子间σ型CPC转移反应，可直接获得炔基环丙烯和乙烯基环丙烯。金催化的方案具有广泛的底物范围，并可耐受多种官能团。该方案可进一步应用于含有炔的复杂有机化合物和药物分子的后期细化。炔基环丙烯产品已被证明是下游多样化的多功能合成中间体。机理研究支持了高亲电性环丙烯-Au (III)作为σ型CPC等价物的中介作用，并为氯作为高效耦合的辅助配体的关键作用提供了证据。因此，该研究工作大大扩展了易于获得的环丙烯构建块的化学多样性，并将应用于合成化学和药物化学，同时也将启发其他研究人员设计基于高价碘试剂和氧化还原金催化作用的新合成物。

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