α,β-不饱和腈参与的Z选择性[3,3]-重排反应

[3,3]-重排反应是一类重要的有机反应，在合成化学中有着广泛应用。近年来，芳基亚砜的重排反应逐渐引起合成化学家的关注。与传统重排反应不同，该类反应无需合成相对稳定的重排前体，仅通过活化的芳基亚砜与特定的亲核试剂，完成不稳定重排前体的组装与重排的过程（Tetrahedron Lett., 2018, 59, 2951）。然而，长期以来合成化学家对不稳定重排前体的研究较少。相关研究策略缺失，导致该领域长期受限于特定的底物范围和单一的反应模式。

图1. 研究背景以及本项研究。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

近年来，浙江师范大学彭勃课题组围绕基于不稳定重排前体的重排反应开展研究，针对不稳定重排前体易于分解的问题，提出将此前惯用的一步构建重排前体，调整为多步构建的策略。基于这一“多步组装”的策略，他们发展了“组装/脱质子”的重排反应模式，实现了芳基亚砜的[3,3]-和[5,5]-重排反应（JACS, 2017, 139, 4211.; Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 5316.）（图1, eq 1 and eq 2）以及芳基高价碘的不对称重排反应（JACS, 2020, 142, 6884.）。在上述“组装/脱质子”型重排反应的研究中，他们发现在亲电试剂的作用下，芳基亚砜可以与烷基腈或者β,γ-不饱和腈“组装”，形成亚胺硫鎓盐中间体，随后通过“脱质子”过程，构建出烯酮亚胺硫鎓盐重排前体，进而发生[3,3]-重排反应（图1, eqs 1 and 2）。“多步组装”重排前体，是反应成功的关键。基于此，他们设想能否借助“多步组装”的策略，将MBH反应与重排反应结合，发展新的重排过程(图1, eqs 3 and 4)。具体来说，将芳基亚砜与α,β-不饱和腈“组装”为不饱和亚胺硫鎓盐中间体，随后引入Lewis碱，通过MBH型加成，构建烯酮亚胺硫鎓盐，进而发生[3,3]-重排形成，给出加成重排后的产物，最后，经历β-消除过程，给出最终的α-芳基-α,β-不饱和腈的产物。

基于上述设想，他们与中国科学院大学汪志祥课题组合作，成功实现了将上述重排反应与Morita-Baylis-Hillman (MBH)反应的结合，发展了芳基亚砜与α,β-不饱和腈的Z选择性[3,3]-重排反应（图1, eq 4）。研究表明，反应具有反应条件温和、底物适用范围广、选择性高的优点（图2）。令人惊讶的是，反应选择性地给出Z-型烯烃产物。通过中间体研究和理论计算，他们发现反应中“MBH型加成”步骤具有高度的非对映选择性，由此给出单一非对映体的加成重排中间体。最后，K₂CO₃介入的β-消除步骤，也表现高度的cis-选择性。这两步的立体选择性，促成了这一重排反应专一给出Z-型烯烃产物。

图2. 代表型底物。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

图3. 基于中间体研究与理论计算推测的机理。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

该研究借助课题组前期提出的“多步组装”策略，将MBH反应融合到[3,3]-重排反应中，实现了芳基亚砜的MBH型重排过程，为重要的α-芳基-α,β-不饱和腈提供了新的合成方法。尤为重要的是，MBH型重排反应模式的建立，为发展新的重排反应提供了新思路。相关论文发表于Angew. Chem. Int. Ed.，浙师大硕士研究生陈孟源和中国科学院大学梁俞辰为本论文共同一作。中国科学院大学的汪志祥研究员及其课题组研究生梁俞辰，完成了理论计算部分的工作。汪志祥研究员为共同通讯作者。

Z-Selective α-Arylation of α,β-Unsaturated Nitriles via [3,3]-Sigmatropic Rearrangement

Mengyuan Chen, Yuchen Liang, Taotao Dong, Weijian Liang, Yanping Liu, Yage Zhang, Xin Huang, Lichun Kong, Zhi-Xiang Wang, Bo Peng

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 2339-2345, DOI: 10.1002/anie.202010740