南开新闻网讯（通讯员 高兴斌）开发可持续的合成策略，将原料直接转化为具有高附加值的精细产品是当前有机化学的核心。α,β-不饱和酮是功能有机分子中常见的结构，并且易于合成，相反，其异构体β,γ-不饱和酮的成熟合成方法却发展得少得多，鉴于它们存在于许多天然产物和药物中其中宿主蛋白MTHFD1（亚甲基四氢叶酸脱氢酶）的抑制剂carolacton可有效抑制新冠病毒复制，而且β,γ-不饱和酮可以作为基础结构单元来构筑复杂结构，其合成对多个领域都有十分重要的意义（图1a）。然而，由于其易于异构化为热力学上有利的α，β-不饱和酮，并且需要预官能团化的起始原料，因此很难生产其高度官能化的复杂衍生物（图1b）。基于此，开发促进β,γ-不饱和酮合成的新方法仍然是有机化学合成领域面临的重要挑战之一，也越来越需要开发新的C−H键活化和以非传统方式进行的后期官能团化反应。
近日，南开大学元素有机化学国家重点实验室和有机新物质创造前沿科学中心的汪清民教授课题组将生命过程中的多组分催化应用到自由基反应中，利用氮杂卡宾（NHC）、光氧化还原和氢原子转移（HAT）三重催化交织在一起的共催化模式开发了从羧酸制备β,γ-不饱和酮的新方法，可以在温和的条件下轻松构建C-C键以生成β,γ-不饱和酮（图1c）。该方法采用易于制备或市售的起始材料，具有广泛的底物范围和优异的官能团耐受性，天然产物和药物分子及其片段可以直接使用该方法进行偶联反应，得到的β,γ-不饱和酮产物也能够进行进一步转化。继续发展这种三重或多重催化一定能为氮杂卡宾介导的反应带来新的生机与活力。5月23日，介绍该工作的论文发表于国际知名学术刊物《自然·通讯》(Nature Communications)上。
（从上至下：图1a，1b，1c）
研究人员介绍，生命过程中进行着各种各样的自由基反应，而生物体系中复杂天然产物的构建也通常通过多重催化的方法进行，因此，基于组合三种或更多种不同催化剂的多重催化对于开发新反应十分具有吸引力。然而，涉及NHC催化循环的三重催化仍处于萌芽阶段，其挑战在于各催化剂和中间体之间的兼容性问题，因此，利用NHC独特的单电子还原特性和光催化以及氢原子转移催化相结合可以进一步弥合该领域的现有差距。
该课题组利用多重催化的策略，设想羧酸在N,N'-羰基二咪唑作用下可以原位活化，之后加入NHC催化剂在碱的作用下可以得到酰基唑鎓中间体，该物种经过单电子还原将生成一个唑鎓自由基负离子。在可见光和光催化剂作用下硫醇发生单电子氧化生成硫自由基，随后攫取烯烃烯丙位氢生成烯丙位自由基，最后唑鎓自由基负离子与烯丙基通过两自由基偶联生成β,γ-不饱和酮（图1c）。这种新方法也成功应用于多种食物添加剂，萜类，杀虫剂等药物、农药及天然产物的后期修饰上。
据了解，该研究工作得到了国家自然科学基金重点项目和南开大学有机新物质创造前沿科学中心的持续资助。汪清民为论文通讯作者，南开大学博士研究生王皛琛为论文第一作者。
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-38743-8
|
