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博士生一作!四川大學,新發Nature子刊!

研究背景
苯并環丁烯酮(BCBs)是一類重要的有機化合物,因其在合成復雜天然產物和生物活性分子中的廣泛應用而成為研究熱點。BCBs在過渡金屬催化的C?C鍵激活中有著重要的地位,特別是通過C1?C2或C1?C8鍵的斷裂生成中間體,并進一步參與多種有機反應。
然而,盡管BCBs的C?C鍵斷裂在合成化學中具有重要意義,但其C?C鍵的化學穩定性使得這一過程通常需要較高的溫度或催化劑,這對功能化較多或結構較為敏感的底物不夠兼容。尤其是對于C3未取代的BCBs,相關的分子間反應研究較少,且反應條件苛刻,限制了其合成應用的廣度。
成果簡介
為解決這一問題,四川大學馮小明院士/曹偉地教授等人在Nature Communications期刊上發表了題為“Aza-[4?+?2]-cycloaddition of benzocyclobutenones into isoquinolinone derivatives enabled by photoinduced regio-specific C–C bond cleavage”的最新論文。四川大學2021級博士生楊良坤,Li Shiyang為共同第一作者。
團隊提出了一種新的光誘導無催化劑的C?C鍵斷裂策略。通過這一策略,可以在溫和條件下實現BCBs的C1?C8鍵斷裂,生成鄰位烯醛甲基烯烴,并進一步與亞胺發生[4+2]光環加成反應,合成多種具有生物活性的多環化合物,特別是原小檗堿類化合物。
此外,結合協同光催化和手性路易斯酸催化,研究者還成功實現了該反應的催化對映選擇性版本,為該領域提供了新的技術路徑。這些研究不僅擴展了BCBs的應用范圍,也為分子設計和合成提供了新的思路,具有重要的理論價值和應用前景。
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研究亮點
1. 實驗首次實現苯并環丁烯酮(BCBs)的光誘導C?C鍵斷裂,并成功實現了區域選擇性的C1?C8鍵裂解。通過這一過程,生成了鄰位烯醛甲基烯烴,可進一步與亞胺發生[4+2]光環加成反應,合成了多種異喹啉酮衍生物,包括七種原小檗堿家族成員,如古參龍A、B、D等。
2. 實驗通過光催化無催化劑條件下,成功實現了BCBs與亞胺的[4+2]環加成反應,在溫和條件下,得到了多種多環3,4-二氫異喹啉酮生物堿,反應產率為75-99%。此外,該策略也能有效合成其他天然產物,如四氫小檗堿、四氫塔利芬定等。
3. 實驗進一步開發了手性版本的光催化對映選擇性環加成反應,通過結合光催化和手性路易斯酸催化,實現了高催化對映選擇性,使用便宜的手性鎳(II)路易斯酸催化劑,并成功應用于BCBs與苯磺酰亞胺的反應。
4. 機理研究提供了對反應過程的深刻理解,通過光異構化/環加成級聯過程的詳細分析,揭示了生成的鄰位烯醛甲基烯烴在與親核試劑或亞胺反應中發揮的重要作用。這些研究為未來通過光催化方法激活BCBs的C?C鍵開裂提供了理論依據。
圖文解讀
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圖1:苯并環丁烯酮的C?C鍵斷裂及與亞胺的區域選擇性[4+2]光環加成反應。
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圖2:苯并環丁烯酮與3,4-二氫異喹啉環加成的底物范圍。
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圖3:苯并環丁烯酮與苯磺酰亞胺的對稱性環加成反應底物范圍。
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圖4:合成應用。
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圖5:機理研究
結論展望
本文實現了一種光驅動的 aza-[4+2] 環加成反應,通過 C1?C8 鍵的均裂生成鄰位烯醛甲基烯烴原位進行反應,提供了一種在溫和條件下合成 3,4-二氫異喹啉酮類和原小檗堿類生物堿的簡便方法。通過結合手性 N,N’-二氧化物/Ni(II) 配合物催化,團隊還實現了該反應的催化不對稱版本,成功合成了一系列包含四取代立體中心的光學活性氮雜環化合物。對照實驗和計算研究證實了該反應的合理機制。目前,團隊正在進一步研究光誘導 C1?C8 鍵激活的反應,以擴展其在合成其他光學純有價值化合物中的潛在應用。
文獻信息
Yang, L., Li, S., Ning, L. et al. Aza-[4?+?2]-cycloaddition of benzocyclobutenones into isoquinolinone derivatives enabled by photoinduced regio-specific C–C bond cleavage. Nat Commun , 10866 (2024).

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