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导语
温州大学化学与材料工程学院陈久喜课题组致力于过渡金属催化有机硼试剂与腈的串联反应研究。近日，课题组在该研究领域取得了新进展：发展了钯催化2-(3-苯基环氧乙烷-2-基)苄腈与芳基硼酸碳-碳键活化串联反应，合成了苯并二吡咯烯衍生物（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c02478）。
陈久喜教授简介 陈久喜，温州大学瓯江特聘教授，研究员，硕士生导师，浙江省“万人计划”青年拔尖人才。2004年本科毕业于温州师范学院化学系（现温州大学化学与材料工程学院），2007获温州大学硕士学位，2014年获浙江工业大学博士学位，2007年9月至今就职于温州大学。近年来，在过渡金属催化有机硼试剂与腈的串联反应方面取得系列研究成果。主持国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和浙江省公益技术应用研究计划项目等；已在Org. Lett., Green Chem., Chem. Commun., Org. Chem. Front., J. Org. Chem., Adv. Synth. Catal.等期刊上发表SCI论文90余篇，授权发明专利30余项，获浙江省科学技术奖三等奖（排名第一）和"十一五"浙江省自然科学基金优秀项目（排名第一）等。
邵银林简介 邵银林，2017年6月博士毕业于复旦大学化学系，师从周锡庚教授，同年进入温州大学化学与材料工程学院。近年来，主要在稀土金属催化方法学研究领域以及钯催化有机硼试剂与腈的串联反应方面取得系列研究成果。主持浙江省自然科学基金和温州市科技局项目等；以通讯作者和第一作者身份在Angew. Chem., Int. Ed., Org. Lett., J. Org. Chem., Adv. Synth. Catal., Chem-Asian J等期刊上发表SCI论文10余篇，授权发明专利3项。
前沿科研成果 钯催化2-(3-苯基环氧乙烷-2-基)苄腈与芳基硼酸碳-碳键活化串联反应：合成苯并二吡咯烯衍生物 苯并二吡咯烯衍生物由于其分子内拥有双吡咯烯骨架，是Boron dipyrromethene （BODIPY）化合物合成的重要前体，被广泛应用于制备其二氟化硼络合物及其金属络合物，而二氟化硼络合物及其金属络合物由于其共轭结构的特殊性表现出较为良好的光谱性能以及生物细胞活性，在科学界有着极为广泛的应用。目前，苯并二吡咯烯的主要合成方法有，文献（Chem. Eur. J. 2004, 10, 4853-4871）中报道的Ono等人开发的逆- Diels - Alder反应，另外文献（J. Org. Chem. 2010, 75, 6035-6038）报道了1-甲酰基异吲哚与吡咯的亲核取代反应。这些方法存在条件苛刻、步骤繁多、产率低、底物适应范围有限、反应效率低等缺点。 此外，目前为止，含环氧骨架的化合物与芳基硼酸的反应主要集中在加成开环反应，用于合成醇类化合物。而基于碳碳键活化反应构建结构复杂的有机分子反应很少报道。在此，陈久喜课题组报告了一个新的方法，利用环氧取代的官能团化腈和芳基硼酸为底物，通过芳基钯与氰的碳钯化加成，再经过一系列的碳-碳单键的裂解和重组，得到苯并二吡咯烯的骨架。进一步合成了具有良好光学活性的BODIPY活性分子，并进行了一系列的光学性能表征测试。 图1.构建苯并二吡咯烯骨架 （来源：Org. Lett.） 首先，作者对催化剂、配体、溶剂，反应时间等条件进行了一系列筛选，最后确定以三氟乙酸钯为催化剂，联吡啶为配体，三氟乙酸和氟化钾为添加剂，四氢呋喃和水为溶剂，可使目标产物产率达到最佳。在此条件下，作者对反应的普适性进行了考察，结果表明：Ar1吸电子取代的2-(3-苯基环氧乙烷-2-基)苄腈反应收率明显优于Ar1给电子取代的2-(3-苯基环氧乙烷-2-基)苄腈，而有位阻的芳基硼酸收率优于无位阻的芳基硼酸。 图2. 2-(3-苯基环氧乙烷-2-基)苄腈底物拓展 （来源：Org. Lett.） 图3.芳基硼酸底物拓展 （来源：Org. Lett.） 此外，作者通过X-ray晶体衍射进一步确定了产物3aa的结构，如下图所示。 图4. 产物3aa的结构 （来源：Org. Lett.） 为了验证苯并二吡咯烯衍生物的应用性，作者以产物为原料合成了一系列BODIPY类化合物，其中4ab通过X-ray晶体衍射进一步确定了结构（图5）。其中化合物4az可作为一种具有近红外发射的溶酶体靶向染料，用于活细胞溶酶体成像，具有良好的生物相容性（图6），扩大了荧光材料的应用。 图5. 苯并BODIPYs的合成 （来源：Org. Lett.） 图6. 光谱性能以及生物细胞活性研究 （来源：Org. Lett.） 在探索了底物普适性以及产物的应用性后，作者对反应机理进行了研究。作者仔细验证了反应中产生的副产物，检测到了异喹啉3aa-1，异吲哚3aa-2，不带Ar1环的3aa-3以及被消除了的4-(三氟甲基)苯甲醛3aa-4（图7）。3aa-2和3aa-3的结构经X-ray晶体衍射确认。 图7. 机理研究 （来源：Org. Lett.） 根据以上实验结果和课题组之前的报道，作者提出了一种合成苯并二吡咯烯的可能机理（图8）。该反应首先钯催化剂和芳硼酸发生转金属化。随后，2a的氰基与芳基Pd物种的配位并碳钯化得到亚胺-Pd中间体A。亚胺- Pd物种由于电子偏好对氧环骨架的α位分子内亲核进攻得到了中间体B。中间体B随后经历β-C消除得到中间体C，并释放出3aa-4。中间体C对另一分子2a进行亲核进攻得到中间体D，然后经历质子化和脱水得到Pd物种和关键中间体烯烃E。然后中间体E与芳基Pd物种的配位并碳钯化，得到亚胺-Pd中间体F。随后亚胺-Pd物种对碳-碳双键的分子内插入得到中间体G。最后，中间体G经β-H消除得到目标产物3。 图8. 可能的机理 （来源：Org. Lett.） 总结：陈久喜课题组成功地实现了Pd(II)催化2-(3-苯基环氧乙烷-2-基)苄腈与芳基硼酸的串联反应，为合成一系列通常传统路线难以制备的有价值的苯并二吡咯烯衍生物提供了新的策略。产物通过简单方法合成相应的BODIPY类化合物，其中4az有期望成为荧光成像和感知溶酶体相关生理过程的有价值的工具。 该研究成果发表于Org. Lett.（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c02478）。该文章的作者是温州大学硕士研究生陈乐鹏，硕士研究生宫巨林为共同一作，研究得到了课题组其他研究生和老师的协助。通讯作者为邵银林博士和陈久喜教授。研究工作得到国家自然科学基金委（21572162），浙江省自然科学基金（LY20B020015）和温州市基础科研项目基金（G20190009）的经费资助。
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