铑(III)催化区域选择性螺环化与邻位C(sp2)–H键活化反应：构建螺吡咯烷三酮与二苯并氮杂环辛三酮的新策略

研究人员针对芳香仲酰胺与马来酰亚胺的高效转化难题，开发了Rh(III)催化的弱配位导向螺环化/邻位C–H活化新策略。该研究通过精确调控反应条件，实现了spiropyrrolidinetriones和azocines两类产物的区域选择性合成，具有底物范围广、官能团兼容性好等特点，为复杂氮杂环骨架构建提供了新思路。

　　

在有机合成化学领域，构建含氮杂环骨架始终是药物研发的核心挑战。传统方法往往面临步骤繁琐、区域选择性控制困难等问题，特别是对于8-12元中环体系的合成更是公认的难点。马来酰亚胺作为重要合成砌块，其与芳香胺类化合物的高效转化一直受到广泛关注，但现有方法难以同时实现原子经济性和立体选择性控制。

针对这一科学难题，印度化学技术研究所(CSIR-Indian Institute of Chemical Technology)的Raju Vaggu等研究人员在《The Journal of Organic Chemistry》发表创新成果。研究团队开创性地利用弱配位酰胺羰基作为导向基，通过Rh(III)催化实现了芳香仲酰胺与马来酰亚胺的精准转化。该工作的突破性在于：仅需微调反应条件，即可选择性获得结构迥异的spiropyrrolidinetriones螺环产物或dibenzoazocinetriones八元环产物，为解决中环体系构建难题提供了"一石二鸟"的解决方案。

关键技术方法包括：1）Rh(III)催化C–H活化反应体系优化；2）DFT计算辅助反应机理研究；3）通过核磁共振(NMR)和高分辨质谱(HRMS)进行产物结构确证；4）控制实验验证反应区域选择性。

【反应开发与优化】

通过系统筛选金属催化剂、氧化剂和溶剂体系，确定Cp*Rh(III)催化剂与Cu(OAc)₂氧化剂在DCE溶剂中的最优组合。值得注意的是，反应温度成为控制产物选择性的关键：80℃时优先形成螺环产物，而升至100℃则倾向生成八元环产物。

【底物普适性研究】

考察了28种含不同取代基的芳香酰胺，包括给电子基(-OMe)、吸电子基(-NO₂)及杂环衍生物，均能以52-78%收率获得目标产物。特别值得关注的是，该反应对卤素、烯烃等活性官能团表现出优异耐受性，为后续衍生化提供了可能。

【机理研究】

通过氘代实验和中间体捕获证实：反应经历Rh(III)催化的C–H金属化、烯烃插入、还原消除等关键步骤。DFT计算揭示了温度影响选择性的本质——高温促进C–N键旋转，使分子构象更利于八元环形成。

【应用拓展】

成功将方法应用于天然产物类似物的合成，如构建含螺环结构的生物碱核心骨架。产物经X射线单晶衍射确认了独特的[5,5]螺环和[5,8]并环三维结构。

这项研究的重要意义在于：首次实现了同一催化体系下通过条件调控选择性构建螺环与中环两种截然不同的骨架结构。所发展的方法具有三大突出优势：1）原子经济性高，无需预活化底物；2）区域选择性精确可控；3）产物结构多样性丰富。这不仅为复杂氮杂环化合物库的快速构建提供了新工具，更对理解C–H活化反应的选择性控制规律具有重要理论价值。特别值得注意的是，8元氮杂环辛三酮(dibenzoazocinetriones)的成功合成，为解决中环张力体系构建这一长期困扰合成化学家的难题提供了创新思路。