碳原子“搬运工”助力构建螺旋状分子结构

螺环结构是一类重要的分子骨架，指两个环共用同一个碳原子，使两部分在空间中近似互相垂直，形成较刚性的三维形状。这类结构在光电材料、空穴传输材料、配合物配体设计以及多种天然产物中都有应用。要把两个分子片段用一个碳原子连接成螺环，是一种直接且有效的构建方法。过去的碳原子转移反应大多依赖双键、三键等π键的反应性，而有控制地把碳原子插入普通碳-碳单键（C-C σ键）仍然困难。本文报道一种铑催化反应，可处理联苯撑（一类具有张力环系的多环芳烃）底物，并通过分步活化碳-碳单键，将其转化为螺环结构。研究中使用了N-异氰基亚胺膦（PINC）作为等效单碳试剂，相当于提供一个碳原子；反应在螺中心形成四个新的碳-碳单键。该反应能够实现联苯撑的同型螺环稠合，也能实现不同底物之间的交叉螺环稠合，并可扩展到同时涉及σ键和π键活化的反应。结果说明，利用铑催化和一个碳原子作为桥梁，可以通过碳-碳单键活化来构建结构复杂的新分子骨架。