7.3.2　铑催化的桥式[5+2]反应

有机化学反应经常能够得到意料之外的产物，计算化学可以帮助化学家研究这些反应发生的内在原因。2017年，余志祥课题组报道了铑催化的桥式[5+2]反应（图7-17）^[35]。在该反应中，底物顺式-2-联烯-乙烯基环丙烷在铑催化剂的作用下发生了一种新的[5+2]反应，而不是原来所期望的形成5/7并环的常规[5+2]反应。经过底物拓展实验发现，该反应的底物普适性较好，对于联烯末端双取代的底物，均能够以较好的收率得到桥式[5+2]产物。但是当联烯末端仅有一个或者没有取代基时，该反应难以发生。他们认为，在这种情况下，铑催化剂会与外侧位阻较小的双键配位，从而导致反应难以发生。当底物的乙烯基环丙烷部分存在取代基时，除了桥式[5+2]产物，常规[5+2]产物也能被分离得到。

图7-17 铑催化的桥式[5+2]反应(https://www.daowen.com)

为了研究该反应的机理、探讨得到新型桥式[5+2]产物的机制，余志祥课题组进行了密度泛函理论计算。通过计算，他们发现如果进行常规[5+2]反应，在插入的步骤，联烯部分与乙烯基环丙烷部分存在较大的空间位阻。但是当改变联烯的插入方向时，联烯部分远离乙烯基环丙烷部分，反应的空间位阻会变小，从而使反应朝着桥式[5+2]反应的方向进行。该反应的发现为合成七元环化合物提供了一个非常好的方法。

除NTs的底物之外，NNs、NBs、NMs的底物也均能发生这种新型桥式[5+2]反应。但是当换成碳桥[CH₂、（COOMe）₂]底物时，反应则不能发生。在计算中，作者发现在过渡态中，碳桥会和环丙烷基团中的H原子有比较强的排斥作用。这就可以解释碳桥底物无法发生反应的原因。当反应温度升高时，碳桥底物会发生分解。因此对于该反应，桥的选择相对比较重要。