NHCs催化N-苯甲酰基糖精为双功能试剂的环丙烷的1,3-胺酰化反应

双功能C-N试剂对不饱和烃的加成反应是高原子和步骤经济性合成含氮化合物的有效策略。尽管环丙烷有类双键的特性，但是双功能C-N试剂对环丙烷的加成反应尚未报道 (Scheme 1a)。在光氧化还原催化下，芳基环丙烷可经还原淬灭历程产生芳基环丙烷自由基阳离子中间体，进而实现1,3-双官能团化反应。然而因芳基环丙烷的高氧化电势，底物范围局限于强富电子取代或多取代芳基环丙烷 (Scheme 1b)。发展新的芳基环丙烷光氧化反应模式无疑是打破上述瓶颈问题的关键 (Scheme 1c, 左)。

氮杂环卡宾 (NHCs) 可稳定酰基自由基物种，为自由基酰化反应注入了新鲜活力 (ACS Catal. 2022, 12, 11984; ACS Catal. 2024, 14, 8270)。东北师范大学孙佳琼/郑光范/张前教授研究团队基于课题组在NHCs催化领域的前期工作基础 (Angew. Chem., Int. Ed. 2022, 61, e202117340; Chem. Sci., 2022, 13, 3169; Chem. Sci., 2024, 15, 4564; Sci. China Chem., 2022, 65, 1938; Green Chem., 2024, 26, d4gc03113j; Org. Chem. Front., 2023, 10, 1047; Org. Chem. Front., 2024, 11, 3089.) 发展了NHCs/PC协同催化体系，以N-苯甲酰基糖精为双功能试剂实现了芳基环丙烷的1,3-胺化酰化反应 (Scheme 1c, 右)。这是首例含氮化合物的C-N键对环丙烷的直接加成反应。该体系有效打破了光氧化反应对强富电子环丙烷的依赖，实现了普适性环丙烷的1,3-双官能团化。

Scheme 1. NHCs/PC协同催化芳基环丙烷的1,3-胺酰化反应。

该反应条件温和，官能团兼容性良好，且底物适用范围非常宽泛 (Scheme 2)。强供电子基取代的芳基环丙烷可高效转化为γ-胺基酮。通过改变光敏剂至更强氧化能力的4-BrCzIPN，作者成功实现了还原淬灭体系难以实现的弱供电子基、卤素、吸电子基取代的芳基环丙烷的胺酰化反应，打破了环丙烷底物范围限制。作者也对N-苯甲酰糖精的底物范围进行了扩展。进一步，芳基环丙烷的1,3-胺酰化可拓展至苯甲酰氟作为酰化试剂，与亲核性氮源的三组分偶联 (Scheme 3)。

Scheme 2. 环丙烷的1,3-胺酰化反应底物普适性考察。

Scheme 3. 环丙烷的三组分1,3-氨酰化反应。

为了阐明其机制，作者进行了一系列机理探究实验 (Scheme 4)。72的合成和催化转化证实了的酰基-NHC复合物可能为关键中间体。自由基抑制实验表明该反应可能经历自由基中间体。亲核试剂的竞争转化证实环丙烷的开环过程可能经历亲核进攻。对映体富集的环丙烷的开环实验证实了胺化过程的立体专一性和酰化过程中的外消旋化。光暗实验排除了自由基链式机制、荧光猝灭实验、紫外光照射实验和环丙烷的氧化电势，氧化态光敏剂的还原电势，和反应活性的匹配性支持氧化淬灭历程。动力学实验结果也与这一结论吻合。基于以上实验结果，作者提出了氧化淬灭促进的催化循环 (Scheme 5)。

Scheme 4. 机理探究实验。

Scheme 5. 可能的催化循环

小结

作者利用稳定且易于制备的N-苯甲酰糖精为双功能试剂，在可见光介导无金属催化下实现了芳基环丙烷的1,3-胺酰化反应。机制研究表明NHCs发挥了多重催化作用：（1）作为Lewis碱活化C-N键；（2）产生酰基-NHCs复合物，与光敏剂发生氧化淬灭产生高氧化性PC⁺，将芳基环丙烷的范围拓展至电中性和缺电子取代的芳基环丙烷；（3）充当酰基转移催化剂构建碳-碳键。

这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章的第一作者是东北师范大学化学学院李明睿博士。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Visible light-mediated organocatalyzed 1,3-aminoacylation of cyclopropane employing N-benzoyl saccharin as bifunctional reagent

Mingrui Li, Yingtao Wu, Xiao Song, Jiaqiong Sun,* Zuxiao Zhang, Guangfan Zheng* and Qian Zhang 

Nat. Commun., 2024, 15, 8930, DOI: 10.1038/s41467-024-53202-8

郑光范博士简介

郑光范，1988年出生于吉林延边，朝鲜族人。东北师范大学化学学院，有机化学专业副教授，博士生导师，邮箱: zhenggf265@nenu.edu.cn。2017年于东北师范大学获理学博士学位，师从张前教授、孙海珠教授。2020年12月加入东北师范大学化学学院，在长江学者张前教授研究团队开展自由基化学和不对称催化相关研究工作。以第一作者/通讯作者身份在Nat. Commun. (2篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (4篇)、Chem. Sci. (3篇)等国际知名期刊发表SCI论文20余篇。入选Young Chemists 2022 Special Collection at Chemistry - A European Journal; Organic Chemistry Frontiers Emerging Investigator Series 2022–2023。欢迎对有机合成化学和光化学感兴趣的同学报考硕士和博士研究生。

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