羰基化合物的扩环反应，比如Baeyer-Villiger氧化，Beckmann 重排和许多增碳反应，在复杂结构的分子合成工作当中具有十分重要的应用。在许多的扩环反应当中，都需要加入“单碳单元”去和现有结构去进行反应，即在扩环反应中净结果得到所谓的N+1元环（Scheme 1a）。而与之相对应的是，酮类化合物的N+2型扩环反应却鲜有报道。回溯至1974年，Proctor教授报道了他们在偶然当中发现的环羰基β酯基类化合物可以和炔烃类化合物发生[2+2]加成反应，并通过随后的4π-逆环化过程，使得原有环系发生扩张，得到多两个碳的环系结构⁴。通过相似的机理，Caubere和Stolz等人也相继报道了应用苯炔中间体进行的扩环反应，得到苯并七元环类化合物（Scheme 1b）。

近日，董广彬教授提出了一种使用过渡金属催化的扩环反应。该反应使用了廉价安全的化工产品乙烯，实现环羰基化合物的N+2扩环反应。具体而言则是应用低价态金属对活泼碳碳键进行氧化加成，之后乙烯插入，使得金属环扩大，并紧随着过渡金属的还原消除从而实现扩环反应全过程。这样一个转化模式，也就是我们熟知的“切割缝合”过程，在张力环，三、四元环的扩环反应中，其可行性被广泛证实过（Scheme 1c）。但是在非张力环当中，这一策略的应用却具有很大的局限性，主要原因就是五六元环的张力接近零，整个环系趋于稳定，过渡金属针对碳碳键的氧化加成十分困难。基于此问题，董广彬教授提出，在非张力环羰基化合物中，使用导向基策略，通过牵引过渡金属催化剂，促进了金属对碳碳键的氧化加成，从而实现后续的烯烃引入扩环过程。

他们首先以1-茚酮作为标准底物，在NHC配体络合的一价铑催化下，四氢呋喃做溶剂，150度高温反应，以71%产率的到目标产物1b。并在随后的控制实验当中证明，铑催化剂、TsOH·H2O和DG-1在反应当中十分重要，产物无法在没有上述添加剂的条件下获得。随后，作者对该反应的适用底物范围进行了探究。我们可以看到在芳香环4、5、6位取代基，无论是给电子基还是吸电子基，反应均可以较高的收率得到产物。并且该反应可以容忍一些金属催化中的活泼基团，比如溴和硼酸酯类取代基的存在。对于多环类型的底物，该反应也具

有良好的适应性但7位由于位阻效应的影响，对于扩环反应有较大影响，导致只能以较低收率得到产物。接下来，作者验证了羰基环上的取代基效应问题，作者在文中指出，在3位存在取代基时，应用标准条件产率会显著降低，但如果不加入配体，同时将水的当量降为0.5之后，产率会显著提升。并且，苯环上若存在6位取代基会提升该类底物的收率。

随后，作者对反应条件的极限进行了探究，发现当铑和配体的装载量由10%降至3%，反应仍旧能以77%的收率得到产物。同时，导向基的装载量可以降至50%，温度也可以由150℃降至130℃。之后，作者也进行了克级制备实验和手型合成实验，证实了该反应的克级制备的可行性以及在反应中底物的手型可以得到较好的保存。

最后，作者使用他们新发展的扩环策略，对一些有应用潜质的分子进行了合成应用，能够比原有路线更加方便快捷的高效合成目标化合物，证实了该方法的高效性和实用性。

Two-Carbon Ring Expansion of 1Indanones via Insertion of Ethylene into Carbon−Carbon Bonds

Ying Xia, Shusuke Ochi, and Guangbin Dong*

J. Am. Chem. Soc. 2019，DOI: 10.1021/jacs.9b07445

总结

董广彬课题组发展了一种铑金属催化的环羰基化合物扩环反应策略，该策略使用了廉价易得的化工原料乙烯作为反应物，高效的对苯并五元环羰基化合物进行扩环反应。该反应具有化学选择性良好，氧化还原中性等特点。对于该类骨架化合物的扩环反应，是一类强有力的补充和发展。

讨论与展望

该反应是应用在茚酮的羰基α位置的一种碳碳键活化策略，该反应的难点在于铑催化剂对于碳碳键氧化加成十分困难。作者采用了导向基策略，先应用芳香胺和羰基进行烯胺化反应，进行导向基的安装，从而促进铑催化剂对碳碳键的氧化加成，使得整个反应能够实现。但目前该反应只能由乙烯作为扩环反应的增碳试剂，而其他惰性烯烃在反应当中并不适用，因此，如何将反应扩展至广泛的非活泼烯烃当中，是接下来研究中的一大挑战。

作者简介

夏莹博士

北京大学化学院2010级博士生（导师：王剑波），博士期间，以第一作者身份在JACS和Angew Chem上发表文章6篇。2015年进入董广彬教授课题组做博士后。

董广彬教授

董广彬教授2003年，在北京大学获得学士学位，师从杨震教授和陈家华教授；之后到斯坦福大学的Barry M. Trost课题组攻读博士学位；2009年-2011年在Robert H. Grubbs 教授课题组从事博士后研究工作。现任职于芝加哥大学化学系，其课题组的研究方向主要是利用过渡金属实现选择性的C-H以及C-C键官能团。