在有机合成领域，C-N键的化学转化一直是科研人员关注的焦点，尤其是吡咯烷这样的环状胺类化合物，由于其在天然产物和药物分子中的广泛应用，具有极高的研究价值。（图1A）吡咯烷是合成许多重要含氮分子的核心结构，广泛应用于医药化学和生物领域。历史上，通过对这些环状胺进行外部功能化的方式，科研人员已经合成了许多重要的衍生物，这些衍生物在生物活性和药物开发中表现出了巨大的潜力。然而，近年来，科学家们对“骨架重塑”的兴趣逐渐升温，这种方法通过打破化学键后进行再构建，能够将环状胺的结构进行转换，进一步扩展了有机合成的潜力和空间。在这些转化中，C-N键的断裂无疑是最关键的一步。然而，由于C-N键的惰性，特别是对于不受应变影响的吡咯烷来说，断裂其C-N键的挑战性极大。（图1B）目前的研究主要集中在利用强还原剂进行同质性断裂，或者通过光氧化还原催化来实现高选择性的断裂反应。然而，如何在温和条件下实现这种转化，并将其推广到更广泛的化合物体系，依然是化学家们面临的难题。
图片来源：JACS
本研究开发了一种能够高效、选择性切割吡咯烷C-N键的新方法。研究团队提出了一个全新的策略，结合路易斯酸催化与光氧化还原催化，通过单电子转移（SET）机制来实现C-N键的断裂。（图1D）具体而言，该方法使用了以Ir(4-Fppy)3为核心的光催化体系，并通过路易斯酸Zn(OTf)2促进电子转移，激活酰胺羰基，从而实现高选择性的C2-N键切割反应。研究人员首先对反应条件进行了筛选，并通过循环伏安法（CV）和核磁共振（NMR）实验进一步探讨了催化剂在反应中的作用机理。随后，他们将该方法应用于多种不同的吡咯烷类化合物，研究了该策略的普适性，成功地将吡咯烷骨架转化为不同的环状产物，包括氮杂环丙烷、γ-内酯和四氢呋喃。
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本研究提出了一种全新的C-N键断裂方法，为有机合成领域提供了一个重要的工具。首先，该方法突破了传统C-N键断裂依赖强还原剂的局限性，通过光氧化还原催化与路易斯酸的协同作用，在温和条件下实现了对惰性C-N键的选择性断裂。这为不受应变影响的吡咯烷类化合物的骨架转化提供了更多可能性，拓展了有机合成中的化学空间。其次，该方法的广泛适用性也极具意义。在一系列不同取代基的吡咯烷化合物中，该方法均表现出了良好的转化效果，成功实现了C-N键断裂后的进一步功能化。例如，通过引入烯烃或炔烃，可以实现C-C键的生成，而通过特定条件下的环内反应，还能够生成不同类型的环状产物。这为未来的药物开发以及复杂分子合成提供了一个全新的方向。标题：Selective C–N Bond Cleavage in Unstrained Pyrrolidines Enabled by Lewis Acid and Photoredox Catalysis
作者：Kazuhiro Aida,# Marina Hirao,# Tsuyoshi Saitoh, Takashi Yamamoto, Yasuaki Einaga, Eisuke Ota,* and Junichiro Yamaguchi*
链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c13210
