二烯酸EDA復(fù)合物介導(dǎo)的內(nèi)酯的光催化自由基脫羧[4+3]環(huán)化反應(yīng)

近年來(lái)，由于自由基脫羧反應(yīng)被廣泛應(yīng)用于高價(jià)值化合物的合成，羧酸化合物的自由基脫羧發(fā)展十分迅速。然而，目前羧酸化合物的自由基脫羧過(guò)程主要集中在活性酯介導(dǎo)的烷基羧酸化合物的自由基脫羧，而對(duì)于芳基羧酸或烯基羧酸的自由基脫羧過(guò)程，由于烯基自由基無(wú)法分散電子密度，屬于 σ 自由基，具有顯著的不穩(wěn)定性和反應(yīng)性，且壽命較短。因此，烯基羧酸的光催化自由基脫羧仍然難以實(shí)現(xiàn)，因此目前二烯酸的脫羧或脫羧官能化主要局限于在高溫下進(jìn)行的過(guò)渡金屬催化反應(yīng)。本研究介紹了一種光化學(xué)二烯酸自由基脫羧過(guò)程，通過(guò)二烯酸EDA復(fù)合物的形成，介導(dǎo)內(nèi)酯的光催化自由基脫羧[4+3]環(huán)化反應(yīng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)苯并二氮雜卓骨架的構(gòu)建。該研究以“Photocatalytic Radical Decarboxylation [4 + 3] Annulation Reactions of Lactones via Dienoic Acid EDA Complexes”為題發(fā)表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering（DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c07647 ）上。

作者以鄰苯二胺與香豆靈酸甲酯為模板底物，直接藍(lán)光LED燈光照下，反應(yīng)得苯并二氮雜卓衍生物，隨后對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化：以四氫呋喃為溶劑， 5 W藍(lán)光LED燈為反應(yīng)光源，光照反應(yīng)6小時(shí)，以83%的分離收率獲得苯并二氮雜卓衍生物3a（圖2）。

圖2 反應(yīng)條件優(yōu)化

（來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

參照優(yōu)化的反應(yīng)條件，作者對(duì)底物范圍進(jìn)行了考察。結(jié)果表明，該反應(yīng)具有較廣的底物耐受性，含各種官能團(tuán)的香豆靈酸酯衍生物可以進(jìn)行該光催化自由基脫羧[4+3]環(huán)化轉(zhuǎn)化，同時(shí)該反應(yīng)適用于各種天然產(chǎn)物與藥物衍生物的后期官能團(tuán)化修飾（圖3，4）。

圖3香豆靈酸酯的適用范圍

（來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

圖4天然產(chǎn)物與藥物衍生物的后期官能團(tuán)化修飾

（來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道及根據(jù)控制對(duì)照實(shí)驗(yàn)、吸收光譜實(shí)驗(yàn)、高分辨質(zhì)譜自由基捕獲實(shí)驗(yàn)等，作者提出了可能的反應(yīng)機(jī)理過(guò)程。起初，底物相互作用生成EDA復(fù)合物A，在可見(jiàn)光照射下，復(fù)合物A被激發(fā)到激發(fā)態(tài)（EDA復(fù)合物A*），隨后發(fā)生配合物內(nèi)部電子轉(zhuǎn)移，同時(shí)反應(yīng)生成二烯酸衍生物中間體（EDA復(fù)合物B），該中間體可經(jīng)NMR、HRMS檢測(cè)到。此外，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，在反應(yīng)中加入1.5當(dāng)量的1,1-二苯基乙烯作為自由基捕獲劑，雙自由基物種被1,1-二苯基乙烯捕獲，然后通過(guò)HRMS檢測(cè)到雙自由基物種。這些事實(shí)可能表明，在光的激發(fā)下，二烯酸衍生物中間體發(fā)生了分子內(nèi)單電子轉(zhuǎn)移和脫羧過(guò)程，生成了雙自由基中間體I，中間體I可通過(guò)互變?yōu)橹虚g體II進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為中間體III。最后，中間體III發(fā)生分子內(nèi)親核加成反應(yīng)，生成所需的[4+3]環(huán)化產(chǎn)物。

圖5 反應(yīng)的可能機(jī)理過(guò)程

（來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

綜上所述，作者從簡(jiǎn)單易得的香豆靈酸酯衍生物開(kāi)始，利用可見(jiàn)光激發(fā)的 EDA 復(fù)合物建立了一種無(wú)需催化劑與添加劑的光催化自由基脫羧[4+3]環(huán)化反應(yīng)。這種方法能在溫和的條件下高效合成各種苯并二氮雜卓衍生物。此外，這種新的轉(zhuǎn)化方案還適用于各種天然產(chǎn)物與藥物衍生物的后期官能團(tuán)化修飾。

該研究成果近期發(fā)表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering（ACS Sustainable Chem. Eng. 2024, 12, 2531-2537），廣州中醫(yī)藥大學(xué)博士研究生王樹(shù)忠為論文的第一作者，蘇州大學(xué)吳新鑫副教授、廣州中醫(yī)藥大學(xué)詹若挺教授和黃慧才教授為論文的通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省珠江人才計(jì)劃、廣東省現(xiàn)代南藥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目支持。