【创新前沿】ACS Catalysis报道我校可见光诱导的亚烷基环丙烷自由基化学研究新进展

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近日,《美国化学会志》旗下高影响因子期刊ACS Catalysis报道了我校施敏教授课题组的最新研究成果——“Silyl Radical-Mediated Carbocyclization of Acrylamide-/Vinyl Sulfonamide-Attached Alkylidenecyclopropanes via Photoredox Catalysis with a Catalytic Amount of Silane Reagent” (ACS Catal. 2021, 11, 4372-4380),利用可见光和金属钴协同催化的方法,使用催化量的硅烷诱导丙烯酰胺或乙烯基磺酰胺连接的亚烷基环丙烷(ACPs)发生分子内碳环化反应,高效构建了含内酰胺或磺酰胺的多并杂环化合物。

在过去的研究工作中,通常需要使用化学计量的硅烷来构建含氮杂环化合物,这不符合当前合成化学中的绿色、原子和步骤经济性的新理念。该课题组引入可见光和金属钴协同催化的方法,首次将反应体系中硅烷的用量降低为催化量,实现了多并杂环化合物的高效合成。该反应中硅烷经由光催化循环生成硅基自由基,随后选择性加成到底物中的烯烃上并诱导亚烷基环丙烷(ACPs)发生分子内的碳环化反应,生成了最终环化产物和硅自由基。该自由基中间体再经钴催化过程重新生成硅烷完成整个催化循环。

含氮杂环衍生物通常具有治疗多种疾病的潜在药用价值,包括阿兹海默症和帕金森病等。因此,该研究工作中构建的含内酰胺或磺酰胺的多并杂环产物,有望成为合成一些药物分子以及具有生物活性分子的关键中间体。

小环张力分子中的亚烷基环丙烷化合物的环张力和碳碳双键赋予了亚烷基环丙烷化合物(ACPs)丰富的反应性能。它们可以在过渡金属、路易斯或布朗斯特酸的促进下,加热或自由基引发剂的作用下发生各种类型的环化反应生成一系列结构较为复杂的化合物。近年来,这些方面的研究已经较为成熟,却一直没有突破亚烷基环丙烷(ACPs)现有的反应模式。最近,该课题组首次设计并合成了含有亚烷基环丙烷的邻苯二甲酰亚胺酯A,其在可见光催化体系下可以生成环丙基次甲基自由基中间体B,随后发生分子内的非经典自由基钟重排过程得到高炔丙基自由基中间体C。该亲核性自由基中间体可以与贫电子烯烃发生加成反应,最终生成各种类型的炔烃类化合物。

对于亚烷基环丙烷化合物(ACPs)而言,这是一种全新的反应模式。因此,该课题组围绕该方法开展了一系列转化反应来探索其在合成化学和药物化学中的应用价值。首先,针对产物中的炔烃部分做了各种官能团转化,例如从炔烃合成了一系列烯烃、烷烃以及碳环、杂环化合物等。此外,还完整地合成出了两种具有抗HIV病毒活性的药物分子。以上的工作充分证明了这一新的合成方法学具有较为广阔的应用前景。上述研究结果以“Visible-light Mediated Ring Opening Reaction of Alkylidenecyclopropanes for the Generation of Homopropargyl Radical”为题在线发表。

以上两篇论文的工作主要由博士研究生张小宇在施敏教授的指导下完成,魏音副研究员对这两项工作提供了DFT计算的理论支持,并得到了硕士研究生宁潮和本科生毛奔(化学与分子工程学院拔尖人才)以及实验室其他同学的大力帮助。国家自然科学基金委对该工作进行了资助。

发布时间:2021-06-01
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