FeCl3催化下，由硅烷化的炔烃和乙酸酐合成炔内酯

《ChemistryOpen》：FeCl3-Catalyzed Synthesis of Ynones from Silylated Alkynes and Acetic Anhydride

催化铁氯化铁与乙酸酐温和反应制备炔酮的新方法，避免使用有毒溶剂和腐蚀性试剂。

　　在有机化学领域，合成具有广泛用途的化合物一直是研究的核心方向之一。近年来，随着绿色化学理念的普及，合成方法的环境友好性成为评估其科学价值的重要指标。在这一背景下，研究人员对传统合成方法进行了系统性的改进，以减少对环境的负面影响并提高反应的安全性和效率。本文介绍了一种用于合成烷炔酮（alkynones）的新方法，该方法在保留原有反应原理的基础上，通过引入催化量的铁（III）氯化物（FeCl?）以及可生物降解的乙酸酐（acetic anhydride），实现了在温和条件下对烷炔酮的高效合成。

烷炔酮是一类重要的有机中间体，因其结构多样性及在构建复杂分子中的应用价值而备受关注。这类化合物在药物化学、材料科学和天然产物合成中具有重要意义。传统方法中，Birkhofer在1963年首次报道了硅基炔（silylated alkynes）与酰氯（acid chlorides）在路易斯酸催化下的反应，从而实现烷炔酮的合成。尽管该方法在合成上具有显著优势，但其在实际应用中仍存在一些问题，例如使用有毒溶剂、需要过量的路易斯酸以及对腐蚀性试剂的依赖，这些问题不仅影响了反应的可持续性，也对实验操作的安全性提出了挑战。

为了解决上述问题，研究团队对Birkhofer的原始反应进行了改进。他们发现，催化量的FeCl?能够有效替代传统的过量AlCl?，并且乙酸酐相较于腐蚀性强的酰氯更为安全。这一新的反应条件在不使用有毒溶剂的情况下，依然能够实现高产率的烷炔酮合成。该方法在实验操作上更为简便，同时对环境的影响也大大降低，符合现代有机合成对绿色化学的要求。

在实验过程中，研究者首先对多种路易斯酸进行了筛选，以寻找最适合该反应的催化剂。他们发现，Sc(OTf)?（三氟甲磺酸钪）在反应中表现出良好的催化活性，能够在室温下促进乙酸酐与硅基炔的反应。然而，当使用FeCl?时，反应产率进一步提高，表明FeCl?在该反应体系中具有更高的催化效率。值得注意的是，FeCl?虽然本身具有一定的腐蚀性，但其催化作用使得反应可以在少量使用的情况下完成，从而减少了对环境的负担。此外，研究者还发现，某些含有强路易斯碱性官能团的底物在反应中表现出较低的转化率，因此需要增加催化剂用量或延长反应时间，以确保反应的完全进行。

为了进一步拓展该反应的适用范围，研究者测试了多种硅基炔和乙酸酐的组合。他们发现，某些含有吸电子基团（如氯、溴和三氟甲基）的硅基炔能够高效地转化为相应的烷炔酮，而共轭炔或富电子炔则表现出一定的反应选择性。此外，含有苯基、甲基或环丙基取代基的硅基炔也能在该条件下得到较好的转化，尽管产率略低于某些理想情况。然而，当底物中包含氨基或苯甲醛等官能团时，反应表现出较差的兼容性，可能由于这些官能团在反应过程中容易发生副反应，如酰基化或脱硅基化，从而影响最终产物的产率和纯度。

为了更深入地理解该反应的机理，研究团队借助密度泛函理论（DFT）计算方法，对FeCl?催化下的反应路径进行了系统分析。由于FeCl?本身具有顺磁性，这给实验上的核磁共振（NMR）分析带来了困难，因此研究者主要依赖理论计算来推测反应机制。通过计算，他们发现两种可能的反应路径：一种是硅基炔直接与FeCl?-乙酸酐配合物发生内球加成，另一种则是通过乙酸酐的解离生成酰基阳离子（acylium ion）。其中，内球加成路径的能垒较高，约为33.2 kcal/mol，而解离路径的能垒较低，仅为11.4 kcal/mol。然而，进一步的势能面扫描显示，酰基阳离子仍然与FeCl?-乙酸酐配合物保持一定的配位关系，这表明反应的实际路径可能介于两者之间，涉及一种被FeCl?-乙酸酐配合物稳定化的酰基阳离子。

该反应的成功不仅体现在其对环境的友好性上，还在于其操作简便性和产率的稳定性。在多种底物条件下，反应都能以较高的产率完成，尤其在使用乙酸酐作为酰化试剂时表现更为突出。此外，该方法避免了传统反应中对过量路易斯酸的依赖，从而降低了反应成本和对设备的要求。这些优势使得该反应在实际合成中具有更大的应用潜力。

然而，尽管该方法在某些方面表现出色，但仍存在一定的局限性。例如，该反应对某些类型的酰化试剂（如环状酸酐或碳酸酯）的适用性较差，这可能是由于这些试剂在反应条件下难以形成有效的中间体。因此，未来的研究方向之一是探索更多种类的酰化试剂，以进一步拓宽该反应的应用范围。此外，研究者还指出，该反应在大规模合成中的可行性仍有待验证，尤其是在使用硝基甲烷作为共溶剂时，其可能引发的剧烈放热反应对反应的安全性提出了更高的要求。

综上所述，本文介绍了一种新型的烷炔酮合成方法，该方法在保留原有反应原理的基础上，通过引入催化量的FeCl?和可生物降解的乙酸酐，实现了在温和条件下对烷炔酮的高效合成。该方法不仅在环境友好性上有所突破，还在操作简便性和产率稳定性方面表现出色。尽管其在某些底物和酰化试剂的应用上仍存在一定的挑战，但这一研究为未来的有机合成提供了新的思路和方法。未来的工作将进一步优化该反应的条件，探索更多适用的底物和酰化试剂，以增强其在合成化学中的实用性和广泛性。