无金属催化内烯烃/醚分子间环化构建茚满衍生物的绿色合成策略及机理研究

本研究针对传统茚满合成中金属试剂、卤素污染及中和步骤繁琐等问题，开发了Br?nsted酸催化（[BsPy][OTf]）的无金属分子间环化新方法，实现了苯醚与内烯烃的高选择性转化。通过DFT计算揭示了碳正离子介导的热力学/动力学控制机制，为绿色合成提供了新范式。

　　

在有机合成领域，茚满（indane）骨架作为众多药物和功能材料的核心结构，其高效构建一直是研究热点。传统合成方法严重依赖过渡金属催化剂和卤化试剂，不仅产生环境负担，还需繁琐的后处理步骤。随着绿色化学理念的深入，开发无金属催化体系成为迫切需求。然而，如何在不使用金属的条件下实现C-C键的高效形成，并控制环化反应的选择性，仍是亟待突破的科学难题。

针对这一挑战，某研究机构团队在《European Journal of Organic Chemistry》发表创新性成果。研究人员设计了一种酸性离子液体[BsPy][OTf]（1-丁基磺酸吡啶鎓三氟甲磺酸盐）催化体系，成功实现了苯醚与内烯烃的分子间环化反应。该策略完全摒弃了金属试剂，通过Br?nsted酸（质子酸）活化底物，以82%的收率获得多取代茚满产物，且催化剂可循环使用5次以上活性不衰减。

关键技术包括：1）离子液体酸性调控实验，通过核磁和滴定法测定[BsPy][OTf]的酸度（H₀=-8.3）；2）DFT计算（密度泛函理论）分析反应能垒，采用M06-2X/6-311+G(d,p)理论水平；3）氘代标记实验追踪质子转移路径；4）变温NMR捕获碳正离子中间体。

【催化剂筛选】对比7种离子液体发现，[BsPy][OTf]的强酸性（三氟甲磺酸根OTf^-的反离子效应）使其环化选择性达20:1，而[MeBs(dio)TMP][OTf]仅产生线性烯烃产物。
【机理验证】控制实验显示：1）加入自由基捕获剂不影响收率，排除自由基路径；2）Hammett线性关系（ρ=-0.82）证实碳正离子生成是决速步。
【理论计算】DFT揭示[BsPy][OTf]体系下C1…C5距离（3.12 ?）比[MeBs(dio)TMP][OTf]（3.45 ?）更短，环化能垒低15.3 kcal/mol。动力学同位素效应（KIE=2.1）证实质子转移参与过渡态形成。

该研究首次建立了无金属催化茚满合成的普适性方法，其重要意义在于：1）从源头消除金属残留，符合绿色化学原则；2）通过精确调控离子液体酸性和空间位阻，实现反应路径的智能切换（热力学控制vs动力学控制）；3）为碳正离子介导的C-C键构筑提供了新认知。这项工作不仅为药物中间体合成提供了更环保的方案，其"质子催化替代金属催化"的设计理念对相关领域具有启发价值。