近日，武汉大学沈晓课题组开发了一种广泛适用且模块化的合成方法，用于制备氟烷基取代的环丙烯类化合物。该方法利用氟烷基酰基硅烷作为卡拜阳离子等价体，利用串联双催化模式，即光催化氟烷基硅烷与炔烃的[2+1]环加成反应和酸催化的C-O键官能团化反应，完成这一转化。

2025年9月3日，相关成果“Modular synthesis of fluoroalkyl-substituted cyclopropenes with fluoroalkylacylsilanes as carbynyl cation equivalents”发表在Chem期刊上。论文通讯作者是沈晓教授，第一作者是周刚博士后。

环丙烯作为最小的不饱和碳环化合物，在有机合成中具有广泛的应用。虽然二氟甲基取代的环丙烯这类独特的母核结构同时兼具环丙烯张力和CF?H生物电子等排体的特性（可模拟药物设计中的羟基、巯基和氨基），但是至今缺乏普适性的合成方法。武汉大学沈晓团队报道了一种模块化合成氟烷基取代环丙烯（包括二氟甲基化衍生物）的新策略：通过利用氟烷基酰基硅烷作为卡拜阳离子等价体，借助硅氧基团的离去能力，实现与炔烃的一锅法光催化[2+1]环化及酸催化C-O键官能团化反应。该反应条件温和、底物范围广，可高效制备多种氟烷基取代的环丙烯基醚、芳烃、烷烃、硫醚、胺类及叠氮化合物。

卡拜阳离子作为一种能够形成三个共价键的活性物种，由于其极高的反应活性和来源的局限性，目前仍处于相对未被充分探索的状态。该研究报道了氟烷基酰基硅烷作为卡拜阳离子等价体的应用，实现了氟烷基取代环丙烯的模块化合成，一锅反应构建了三个新的共价键。该反应的成功关键在于将光催化和酸催化整合于一个反应体系中——光催化促进卡宾与炔烃的[2+1]环加成反应，酸催化则通过环丙烯中间体实现C-O键官能团化。利用该策略，作者成功合成了结构多样的氟烷基化环丙烯基醚、芳烃、烷烃、硫醚、胺类及叠氮化物。这些反应不仅能高效制备简单的环丙烯衍生物，更为传统方法难以合成的复杂环丙烯化合物提供了新的制备途径。

图1：氟烷基酰基硅烷作为卡拜阳离子等价体在模块化合成氟烷基取代环丙烯中的应用。

在最优的反应条件下，作者对不同的底物进行了拓展。该反应具备良好底物普适性，适用于多种伯醇与仲醇（如甲醇、乙醇和苄醇等），以中等至良好收率得到相应产物（3a–3s，70%–87%），并且对芳香炔、脂肪炔及环状炔烃均表现出良好的兼容性（3ac–3aw）。此外，该反应对于生物活性分子（如薄荷醇、胆固醇等）都可以有效地转化目标产物（3z–3ab）（图2）。当使用富电子芳烃作为亲核试剂时，采用FeCl₃作为催化剂可高效实现环丙烯芳烃的合成（4a–4g，53%–83%）。该反应体系还可拓展至硫醇、胺类及TMSN₃等亲核试剂，分别生成相应环丙烯硫醚（4k–4l）、胺类衍生物（4m–4n）及叠氮化合物化物（4o）（图3）。

图2：环丙烯基醚类化合物的底物范围。

图3：C-、N-、S-亲核试剂的范围及复杂分子合成实例。

机理研究表明，酸性条件下[2+1]环加成产物形成芳香性环丙烯阳离子的过程是合理的。DFT计算结果表明，甲醇对环丙烯阳离子中间体的亲核加成优先发生在与二氟甲基相邻的碳原子上。在过渡态TS-1中，甲醇的羟基与二氟甲基的氟原子之间形成了氢键，这种氢键作用稳定了过渡态TS-1，从而产生最低的活化能。相比之下，另外两个过渡态TS-1′和TS-1′′由于甲基与苯基之间的空间位阻效应，具有更高的自由能垒。该反应还可以进行克级规模的放大以及后期的下游转化，如扩环、与芳基碘代物的偶联、硼氢化反应、拔氢与亲电试剂反应以及氢化反应。

图4：机理研究、克级反应及下游转化。

（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2025.102721