“无效能量转移催化”促进烯烃取代的酰基硅烷与烯丙基砜的串联环化反应

酰基硅烷做为一种特殊的羰基化合物，被普遍利用于有机合成化学中。相较于其它的羰基化合物，酰基硅烷的三线态能量较低，随便被激发（例如：苯丙基三甲基硅基酮，ET = 55.3 kcal/mol；二苯基酮，ET = 69.1 kcal/mol）。酰基硅烷在可见光照射下是不不变的，会产生卡宾A或者酰基自在基B等活性中间体停止后续的反响或者合成（图1a）。例如，Priebbenow等人报导了酰基硅烷在可见光前提下产生卡宾与分子内烯烃的[2+1]环化反响（图1b, Chem. Sci. 2022, 13, 3273–3280）。同时，武汉大学高档研究院的沈晓课题组报导了三氟甲基酰基硅烷与烯烃的分子间[2+1]环化反响（图1c, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202202175）。因而，在光催化下实现烯基代替的酰基硅烷与别的一个化合物之间的串联环化反响面对着浩荡的挑战。在本论文中，沈晓课题组提出“无效能量转移催化”的战略，即通过将激发态酰基硅烷的能量转移到具有较低三线态能量的光催化剂来按捺酰基硅烷的光诱导合成，但那一步其实不生成目标产品。通过那一战略尽量连结酰基硅烷处于基态，同时操纵被激发的光催化剂往诱导别的一个底物产生自在基，进而与基态的烯烃代替的酰基硅烷完成自在基串联环化过程，生成目标产品。在那个战略的批示下，沈晓课题组开发了一种烯烃代替的酰基硅烷和烯丙基砜化合物之间的高效光催化串联环化反响合成环戊基醇衍生物的办法。该战略为开展酰基硅烷在光催化前提下的基态化学反响奠基了根底。相关功效颁发在Nat. Commun.上（DOI: 10.1038/s41467-022-33730-x）。

（图片来源：Nat. Commun.）

图1，酰基硅烷的常见反响形式与沈晓课题组操纵“无效能量转移催化”战略按捺酰基硅烷的光促合成，实现官能团化环戊基醇合成的研究构想

做者发现加进1 mol% Eosin Y后，酰基硅烷在光照下的合成会大大按捺（图2a）。荧光淬灭尝试也阐明Eosin Y的加进可以淬灭酰基硅烷的荧光（图2b）。在紫外吸收光谱发现酰基硅烷1a与Eosin Y在光源下没有明显堆叠吸收（图2c）。瞬态吸收光谱阐明3Eosin Y*激发三重态在1a加进后比Eosin Y零丁激发下的信号强（图2d）。同时本 *** 者的计算研究发现酰基硅烷的三线态能（ET = 56.7 kcal/mol）要高于Eosin Y的三线态能（ET = 43.6 kcal/mol）。那些证据都撑持了激发态1a向Eosin Y发作了能量转移过程。

图2，概念证明：通过能量转移催化按捺可见光诱导的酰基硅烷合成（图片来源：Nat. Commun.）

做者颠末一系列的前提挑选得到更优前提后，对硅基的影响停止了研究，发现SiMe3关于获得高的产率和非对映抉择性是重要的。反响对C(sp2)-Me, C(sp2)-F, C(sp2)-Cl, C(sp2)-Br, C(sp2)-I, C(sp2)-OMe, C(sp2)-CF3, C(sp3)-CN都可以兼容。富电子代替基的噻吩和呋喃都有着较高的产率。伯醇、叔醇和脂肪醛那些对碱灵敏的基团也能十分好地兼容。含生物活性构造薄荷醇和睾酮的烯丙基砜也有中等的收率。

图3，β-代替的环戊基醇的底物扩展（图片来源：Nat. Commun.）

做者将酰基硅烷换成丁烯基硅烷1f后生成γ-代替的环戊基醇产品，根本上得到中等偏上的收率，但长短对映抉择性较差，可能因为生成的γ位的位阻影响较小。

图4，γ-代替的环戊基醇的底物扩展（图片来源：Nat. Commun.）

做者操纵砜基α位的H酸性较强的特征，现场生成不变的碳负离子后与分子上的活性受体停止分子内的Michael加成生成并环和桥环化合物。值得指出的是，那些环状构造是良多生物活性分子的重要构造单位。

图5，利用扩展（图片来源：Nat. Commun.）

为了研究反响的机理，做者起首向反响中加进TEMPO，发现反响被完全按捺，高辨认量谱也检测到捕获砜基自在基的产品，撑持该反响停止自在基途径。开关灯尝试以及量子产率撑持其为自在基链式反响。做者也证明了光照10 min后，在暗中前提下反响也陆续停止。荧光淬灭尝试阐了然砜基自在基的生成与烯丙基砜和苯亚磺酸钠有关。将Eosin Y换成反式二苯基烯烃后，可以得到部门顺式烯烃，证明其与酰基硅有能量转移过程。

图6，机理尝试验证（图片来源：Nat. Commun.）

DFT计算阐了然反响的抉择性以及非对映抉择性的问题。砜基自在基进攻烯烃端基的能量要低于进攻内端，也更随便促进反响陆续停止。生成的环烷基自在基12a进攻烯丙基砜会生成两种非对映抉择性产品，其能量差为4.7 Kcal/mol，所以其非对映抉择性较为优良。

图7，计算尝试证明（图片来源：Nat. Commun.）

做者根据尝试成果提出如下机理：激发态酰基硅1a通过能量转移酿成基态，Eosin Y能够从激发态酰基硅或者间接被光照酿成激发态；苯亚磺酸钠和烯丙基砜通过单电子转移或者能量转移激发后生成砜基自在基停止自在基基态反响，起首该自在基进攻酰基硅生成烷基自在基I，其颠末分子内环化生成烷氧自在基后快速履历自在基Brook重排生成亲核的环烷基自在基III，最初通过Giese-type加成后脱掉砜基自在基生成产品并完成砜基自在基轮回。该反响胜利的关键在于通过“无效能量转移催化”那一战略，能够制止酰基硅烷的光促合成，尽量连结在基态，从而参与自在基催化轮回（图8）。

图8，机理揣测（图片来源：Nat. Commun.）

在该工做中，沈晓传授团队提出了“无效能量转移催化”的概念，开发了一种光催化烯烃代替酰基硅与烯丙基砜的自在基串联反响合成环戊基醇化合物的办法。反响的胜利回功于通过将能量从激发的酰基硅烷转移到具有较低三重态能量的光催化剂上，按捺了酰基硅烷的不良合成。该研究战略开展了酰基硅烷在光催化前提下的基态化学反响。

本文配合之一做者是沈晓课题组博士后张云霄和博士研究生张一智。武汉大学沈晓传授、戚孝天传授与中国科学院理化手艺研究所吴骊珠院士为本文配合通信做者。该研究得到了国度天然科学基金委，广东省根底与利用根底研究基金和中心高校根本科研营业费专项资金的撑持。

沈晓课题组终年招收博士后,研究生，感兴致的同窗请间接联络沈晓教师（xiaoshen@whu.edu.cn）。