吲哚骨架化合物数量大、类型多，在生物、医药、农药、染料、香料等领域具有重要的应用价值。邻硝基苯乙烯还原环化是合成吲哚骨架化合物常用的方法之一，著名的人名反应—Cadogan-Soderberg反应就是以邻硝基苯乙烯衍生物为底物来合成吲哚，但需要使用化学计量的有机膦作为脱氧剂，环境污染严重。1986年Cenini研究小组首次实现了金属催化一氧化碳（CO）还原邻硝基苯乙烯合成吲哚，在该催化体系中，一氧化碳担任Cadogan-Soderberg吲哚合成中有机膦的角色，仅起还原剂的作用，大大提高了整个反应的原子经济性，解决了大量使用有机膦所带来的环境问题。 

　　三十余年来,Cenini、Driver、Soderberg等课题组为该反应发展了一系列高效催化剂，目前金属催化一氧化碳还原邻硝基苯乙烯法已经成为合成吲哚的一个主要方法，但是实现CO同时作为羰基源插入一直是该领域的空白。兰州化物所羰基合成与选择氧化国家重点实验室李福伟研究小组发展了钯催化的CO选择性还原-插入邻硝基苯乙烯的反应新方法，成功实现了CO担任还原剂和羰基源的双重角色，具有更好的原子经济性。通过调控反应条件可以选择性地制备吲哚啉-2-酮和喹啉-2-酮骨架化合物，这两类骨架化合物广泛存在于天然产物和药物分子中，例如褪黑素（Melatonin）衍生物、抗精神药物阿立哌唑（Aripiprazole）等，为高效制备五元环和六元环内酰胺提供了一种新方法。　　

　　研究结果表明所用催化剂钯前驱物的抗衡阴离子对邻硝基苯乙烯转化为吲哚或含羰基化合物的化学选择性有重要影响，而配体控制CO插入邻硝基苯乙烯的区域选择性。如上图所示，底物“邻硝基苯乙烯”的分子结构中有两个反应位点：C=C双键和硝基，在PdCl₂/PPh₃/B(OH)₃催化体系下，反应从C=C双键位点启动，首先发生氢羧基化反应生成相应的α-芳基丙酸中间体（分离证实），随后发生硝基半还原和环化得到N-羟基吲哚啉-2-酮（分离证实），最后N-羟基吲哚啉-2-酮在钯催化下被CO再还原得到五元环状内酰胺—吲哚啉-2-酮，产率可达95%；在Pd(TFA)₂/BINAP/TsOH·H₂O催化体系下，反应从硝基位点启动，完全脱氧得到氮宾中间体（捕获证实），然后发生CO插入生成异氰酸酯（分离证实），最后环化得到六元环状内酰胺—喹啉-2-酮，产率可达98%。利用该方法可以高效地实现克级合成抗精神药物阿立哌唑（Aripiprazole），总产率高达77%。该研究结果近期发表在 ACS Catalysis (2018, DOI:10.1021/acscatal.8b02863)。

　　该工作的第一作者是博士生杨莉同学，得到了国家自然科学基金委优秀青年基金项目、兰州化物所“一三五”重点培育项目以及中科院前沿科学重点部署项目等的支持。