4-羥基香豆素及其衍生物是一類結(jié)構(gòu)獨(dú)特且具有廣泛生物活性的芳香化合物，其不僅普遍存在于天然產(chǎn)物中，也廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥/醫(yī)藥中間體的合成。由于4-羥基香豆素存在三種酮-烯醇互變異構(gòu)體，如何實(shí)現(xiàn)其C/O的區(qū)域選擇性反應(yīng)一直是合成化學(xué)家的面臨的挑戰(zhàn)之一。使用傳統(tǒng)策略（即鹵代烴/堿），通常會(huì)得到O-和C3-烷基化混合物，以及/或C3-雙烷基化產(chǎn)物。酸促進(jìn)下4-羥基香豆素類衍生物和缺電子烯烴的Michael加成反應(yīng)的是實(shí)現(xiàn)其C3-選擇性烷基化的另一方法。然而，由于極性不匹配，非活化烯烴無法發(fā)生加成反應(yīng)。
鑒于4-羥基香豆素的特殊結(jié)構(gòu)，作者設(shè)想，烯醇單元被單電子氧化后會(huì)形成被兩個(gè)羰基穩(wěn)定的親電性碳自由基，利用該碳自由基就有可能實(shí)現(xiàn)與非活化烯烴的加成反應(yīng)。在此前利用雙重氫原子轉(zhuǎn)移策略實(shí)現(xiàn)非活化烯烴氫烷基化反應(yīng)（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 11251）的研究基礎(chǔ)上，上海交通大學(xué)葉俊濤課題組使用光催化芳烴氧化的策略，成功實(shí)現(xiàn)了非活化烯烴的氫芳基化反應(yīng)，從而發(fā)展了一種選擇性高且普適性好的4-羥基香豆素的C3-烷基化方法。此外，通過改變光催化劑，作者還實(shí)現(xiàn)了烯烴氫芳基化-[2+2]環(huán)加成串聯(lián)反應(yīng)，一步高效地合成了一系列傳統(tǒng)方法較難合成的環(huán)丁烷稠合的五環(huán)化合物。
作者首先使用江智勇教授課題組發(fā)展的DPZ [5,6-雙(5-甲氧基噻吩-2-基)吡嗪-2,3-二碳腈]為光敏劑，考察了烯烴氫芳基化反應(yīng)的底物適用范圍。非活化烯烴（包括環(huán)內(nèi)烯烴、環(huán)外烯烴和三取代烯烴等）和活化烯烴（苯乙烯以及富電子芳烴）均能表現(xiàn)出較好的反應(yīng)性。結(jié)合自由基捕獲，熒光淬滅和循環(huán)伏安法等實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作者提出了光催化劑氧化4-羥基香豆素，產(chǎn)生芳基自由基的可能機(jī)理。 當(dāng)光敏劑換成Ir[dF(CF3)ppy]2(bpy)PF6后，烯烴氫芳基化-[2+2]環(huán)加成串聯(lián)反應(yīng)亦能表現(xiàn)出不錯(cuò)的收率和較好的官能團(tuán)兼容性。此外，生成的環(huán)丁烷稠合產(chǎn)物可以在哌啶的催化下發(fā)生開環(huán)，生成色滿-2-酮衍生物。通過一系列機(jī)理研究實(shí)驗(yàn)，作者證實(shí)了[2+2]環(huán)加成步驟是通過能量轉(zhuǎn)移機(jī)理進(jìn)行的。 綜上所述，葉俊濤課題組利用光催化芳烴氧化策略，以4-羥基香豆素為芳基化試劑，實(shí)現(xiàn)了活化和非活化烯烴的氫芳基化反應(yīng)。該方法底物范圍廣，反應(yīng)條件溫和，避免了以往研究中常見的副反應(yīng)。此外，通過簡單地切換光催化劑，便可得到各種環(huán)丁烷稠合的五環(huán)化合物。作者期望該方法能夠在藥物化學(xué)中發(fā)揮合成價(jià)值，并加速發(fā)現(xiàn)更多具有生物活性的4-羥基香豆素衍生物。 論文信息 Divergent Photosensitizer Controlled Reactions of 4-Hydroxycoumarins and Unactivated Olefins: Hydroarylation and Subsequent [2 + 2] Cycloaddition. Rui Chang, Yubing Pang, Prof. Juntao Ye* Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202309897
