Angew. Chem. :可见光催化芳基环丙烷与硝酮的高选择性[3+3]环加成反应

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环丙烷是现代有机合成中一类重要的三碳合成子,利用其开环后与其他不饱和体系/偶极结构的(3+n)环加成反应,可以高效快速构建环状结构。在这一领域,推-拉电子(Donor-Acceptor)环丙烷在Lewis酸催化下的环加成反应在过去二十年中取得了巨大进展。然而,由于反应模式上的限制,该策略并不适用于其他类型的环丙烷。随着可见光催化在过去近十年中的飞速发展,一系列自由基机理的环丙烷(3+2)环加成反应也相继被报道。然而,现有的报道主要局限于与碳碳多重键的(3+2)反应构筑全碳五元环,相应的与含有杂原子的不饱和键/偶极结构的(3+n)环加成反应构筑杂环结构仍具有极大的挑战性。



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南京工业大学冯超教授团队长期致力于可见光催化新型反应的研究。2019年,该研究团队首次报道了可见光催化下芳基环丙烷的开环官能团化反应。在前期相关研究的基础上,该团队最近实现了可见光催化的芳基环丙烷与硝酮的(3+3)环加成反应。该反应具有反应模式新颖,条件温和,官能团兼容性好,高区域/立体选择性等优点。

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在最优反应下,作者对芳基环丙烷和硝酮底物的适用范围进行了考察。结果表明,对于大部分底物,反应都具有极好的区域/非对映选择性,可以一步完成多达三个手性中心的构建。产物的相对立体化学通过X-射线单晶衍射加以确定。随后,作者进行了一系列机理实验,证实了反应经历一个自由基机理且由激发态光催化剂单电子氧化芳基环丙烷启动。此外,从光学活性环丙烷底物出发,标准反应条件下可以得到光学纯度完全保持且构型翻转的产物,这一结果表明反应路径中经历了一步类似SN2的亲核试剂进攻开环过程。

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在以上实验结果基础上,作者提出了如下图所示的可能反应机理。反应量子产率的测定值为0.21,但链式反应路径的可能性也不能完全排除。为了揭示反应过程中的立体控制,作者与天津大学化学系黄跟平教授团队展开合作,利用理论计算对反应环化一步的过渡态进行了研究。结果表明,反应倾向于以一个椅式构象的过渡态发生环化,从而解释了反应的高立体选择性。

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在该工作中,冯超教授团队报道了首例可见光催化环丙烷的(3+3)环加成反应,以高区域/立体选择性得到一系列带有氮氧键的六元杂环结构。该工作提供了一种自由基机理环丙烷环加成反应的新反应模式,为更多类型的环丙烷环加成反应提供了一个新思路。

文信息

Stereoselective Photoredox Catalyzed (3+3) Dipolar Cycloaddition of Nitrone with Aryl Cyclopropane

Yao Xu, Hai-Xiang Gao, Chengkai Pan, Yue Shi, Dr. Chi Zhang, Prof. Dr. Genping Huang, Prof. Dr. Chao Feng


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202310671




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