环丙烷是一类具有重要生物活性的结构单元,广泛存在于天然产物和药物分子中(图1)。其三元环结构使其具有独特的反应性,在有机合成中具有极高的研究价值。传统的环丙烷化方法,如Simmons-Smith反应,通常需要使用有机金属试剂并且反应条件苛刻,对官能团的耐受性产生较大影响(图2a)。开发在温和条件下高效合成环丙烷的新方法依然是有机化学研究的热点之一。
图1:含有环丙烷结构的常见生物活性分子 近年来,光催化反应由于其温和的反应条件、广泛的功能基团耐受性和高选择性,受到越来越多的关注。特别是可见光光催化反应,利用廉价且安全的可见光源,具有显著的绿色化学优势。近日,张淳课题组开发了一种新型的氧化还原中性可见光光催化方法,使用二溴甲烷对烯烃进行环丙烷化反应(图2d)。在此过程中,通过选择合适的光催化剂、溶剂和反应条件,实现对各种功能化烯烃的高效环丙烷化,最终得到具有多样结构和潜在生物活性的环丙烷产物(图3&图4)。 图2:环丙烷结构的合成方法 图3:三氟甲基烯烃的底物扩展 图4:其他末端烯烃结构的底物扩展 本研究成功开发了一种新型的可见光光催化方法,在温和条件下用二溴甲烷对烯烃进行环丙烷化,并且进行了机理方面的研究(图5)。事实证明,反应并不是通过传统的卡宾机理进行的转化,而是通过三乙胺淬灭光催化剂后,与二溴甲烷反应产生二溴甲烷自由基来实现环丙烷的合成。该反应能够兼容克级规模合成,同时可以使用已报到的多种反应对其他类型的环丙烷基化合物进行高效转化(图6a)。该反应可以用于T型钙通道阻滞剂的合成(图6b),对于其中关键中间体12仅需要通过两步反应便可得到,减少了中间体合成步骤,提高了合成效率。 图5:光催化环丙烷化反应推测的机理循环图 图6:克级规模实验以及产物的后转化实验 论文信息 Visible-Light Photocatalytic Cyclopropanation of Alkenes with Dibromomethane Yiqiang Tian, Yuekun Zhang, Jiapan Niu, Chun Zhang ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202400972