博士生一作！四川大学，新发Nature子刊！

研究背景

苯并环丁烯酮（BCBs）是一类重要的有机化合物，因其在合成复杂天然产物和生物活性分子中的广泛应用而成为研究热点。BCBs在过渡金属催化的C−C键激活中有着重要的地位，特别是通过C1−C2或C1−C8键的断裂生成中间体，并进一步参与多种有机反应。

然而，尽管BCBs的C−C键断裂在合成化学中具有重要意义，但其C−C键的化学稳定性使得这一过程通常需要较高的温度或催化剂，这对功能化较多或结构较为敏感的底物不够兼容。尤其是对于C3未取代的BCBs，相关的分子间反应研究较少，且反应条件苛刻，限制了其合成应用的广度。

成果简介

为解决这一问题，四川大学冯小明院士/曹伟地教授等人在Nature Communications期刊上发表了题为“Aza-[4 + 2]-cycloaddition of benzocyclobutenones into isoquinolinone derivatives enabled by photoinduced regio-specific C–C bond cleavage”的最新论文。四川大学2021级博士生杨良坤，Li Shiyang为共同第一作者。

团队提出了一种新的光诱导无催化剂的C−C键断裂策略。通过这一策略，可以在温和条件下实现BCBs的C1−C8键断裂，生成邻位烯醛甲基烯烃，并进一步与亚胺发生[4+2]光环加成反应，合成多种具有生物活性的多环化合物，特别是原小檗碱类化合物。

此外，结合协同光催化和手性路易斯酸催化，研究者还成功实现了该反应的催化对映选择性版本，为该领域提供了新的技术路径。这些研究不仅扩展了BCBs的应用范围，也为分子设计和合成提供了新的思路，具有重要的理论价值和应用前景。

研究亮点

1. 实验首次实现苯并环丁烯酮（BCBs）的光诱导C−C键断裂，并成功实现了区域选择性的C1−C8键裂解。通过这一过程，生成了邻位烯醛甲基烯烃，可进一步与亚胺发生[4+2]光环加成反应，合成了多种异喹啉酮衍生物，包括七种原小檗碱家族成员，如古参龙A、B、D等。

2. 实验通过光催化无催化剂条件下，成功实现了BCBs与亚胺的[4+2]环加成反应，在温和条件下，得到了多种多环3,4-二氢异喹啉酮生物碱，反应产率为75-99%。此外，该策略也能有效合成其他天然产物，如四氢小檗碱、四氢塔利芬定等。

3. 实验进一步开发了手性版本的光催化对映选择性环加成反应，通过结合光催化和手性路易斯酸催化，实现了高催化对映选择性，使用便宜的手性镍（II）路易斯酸催化剂，并成功应用于BCBs与苯磺酰亚胺的反应。

4. 机理研究提供了对反应过程的深刻理解，通过光异构化/环加成级联过程的详细分析，揭示了生成的邻位烯醛甲基烯烃在与亲核试剂或亚胺反应中发挥的重要作用。这些研究为未来通过光催化方法激活BCBs的C−C键开裂提供了理论依据。

图文解读

图1：苯并环丁烯酮的C−C键断裂及与亚胺的区域选择性[4+2]光环加成反应。

图2：苯并环丁烯酮与3,4-二氢异喹啉环加成的底物范围。

图3：苯并环丁烯酮与苯磺酰亚胺的对称性环加成反应底物范围。

图4：合成应用。

图5：机理研究

结论展望

本文实现了一种光驱动的 aza-[4+2] 环加成反应，通过 C1−C8 键的均裂生成邻位烯醛甲基烯烃原位进行反应，提供了一种在温和条件下合成 3,4-二氢异喹啉酮类和原小檗碱类生物碱的简便方法。通过结合手性 N,N’-二氧化物/Ni(II) 配合物催化，团队还实现了该反应的催化不对称版本，成功合成了一系列包含四取代立体中心的光学活性氮杂环化合物。对照实验和计算研究证实了该反应的合理机制。目前，团队正在进一步研究光诱导 C1−C8 键激活的反应，以扩展其在合成其他光学纯有价值化合物中的潜在应用。

文献信息

Yang, L., Li, S., Ning, L. et al. Aza-[4 + 2]-cycloaddition of benzocyclobutenones into isoquinolinone derivatives enabled by photoinduced regio-specific C–C bond cleavage. Nat Commun , 10866 (2024).