芳烴和雜芳烴的還原是合成環(huán)烯烴和烷烴的關鍵方法之一，是有機合成實驗室和工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要轉化。催化加氫和Birch還原反應是最常用的兩種方法，可產(chǎn)生部分或完全飽和的環(huán)烴。然而，這兩種方法在化學選擇性還原方面表現(xiàn)欠佳。例如，對于一個含有喹啉、噻吩、N原子Ts保護基和缺電子炔烴等官能團的底物（Substrate A），還原反應體系中的負氫中間體（催化氫化）或溶劑化電子（Birch還原）會對所有基團進行無差別進攻，因此上述方法難以獲得良好的化學選擇性。不良的化學選擇性以及官能團兼容性給合成化學帶來了挑戰(zhàn)，當這些還原方法需要被用于藥物或材料的合成或改性等方面時，問題會變得尤為突出。因此，探索具有高化學選擇性特征的芳烴與雜芳烴還原新方法十分必要。
基于上述背景，上海交通大學變革性分子前沿科學中心馬佳佳課題組與美國Oberlin College的Shuming Chen課題組合作報道將能量轉移催化和氫原子轉移相結合，以避免使用傳統(tǒng)的氧化還原條件，從而實現(xiàn)了喹啉與異喹啉的化學選擇性還原反應。在最優(yōu)條件下，作者對喹啉還原反應中官能團兼容性進行了細致地考察。結果表明，此反應能夠兼容多種不同類型的官能團，例如雜芳基（呋喃，吲哚，噻吩等），以及還原不穩(wěn)定基團（氰基，酮，碘苯、N原子保護基Ts，Bn，Cbz等）。尤其值得指出的是，當體系中存在貧電子烯烴和炔烴等在傳統(tǒng)條件下易被還原的官能團時，反應依舊能夠順利進行并保留上述基團。得益于該方法優(yōu)異的化學選擇性，作者對小分子藥物例如Linrodostat 和Boc-OSI-930進行了快速修飾，獲得相應的C(sp3)含量增高的產(chǎn)物。作者通過DFT計算對所推測的機理進行了驗證。反應開始于激發(fā)態(tài)Ir光敏劑到1quinoline-BF3的能量轉移，隨后三重態(tài)(3TS-1-A)與γ-松油烯發(fā)生初始氫原子轉移(HAT)。這一步驟產(chǎn)生了一個三重態(tài)自由基對(3INT-1-A)，該自由基對通過勢壘最小能量交叉點(MECP-1-A)越過單線態(tài),隨后發(fā)生第二次氫原子轉移，生成還原的喹啉產(chǎn)物(1PDT)和對傘花烴。作者同時利用實驗方法對上述理論計算結果進行了驗證。在該工作中，馬佳佳課題組和Shuming Chen課題組將能量轉移催化與氫原子轉移相結合，發(fā)展了一種具有良好化學選擇性特征的喹啉和異喹啉還原方案。此方案可用于藥物的后期修飾，能夠滿足藥物化學家探索富含C(sp3)藥物空間的需求。上述研究成果近期以“Chemoselective Quinoline and Isoquinoline Reduction by Energy Transfer Catalysis Enabled Hydrogen Atom Transfer”為題發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed.（德國應用化學）。變革性分子前沿科學中心博士生劉德海與Oberlin College本科生Kyogo Nagashima為文章共同第一作者，二人分別負責實驗與理論計算部分的研究。馬佳佳課題組成員梁輝、岳學林和楚云鵬參與了上述研究。馬佳佳課題組目前致力于兩方面研究：1）面向藥物分子高效構建與精準轉化的合成方法學開發(fā)；2）基于金屬中心手性的不對稱催化合成。熱忱歡迎對有機合成化學感興趣的博士后、研究生和本科生加入本課題組。課題組網(wǎng)站：https://jiajiamagroup.sjtu.edu.cn
