編輯總結
羧酸是制備藥物和精細化學品的多功能且廣泛可用的原料。然而，由于其吸收邊緣位于遠紫外區域，羧酸的直接光化學反應性尚未得到充分利用。本文研究表明，將羧酸轉化為酰基膦酸酯可以將其吸收范圍移至近紫外/可見光區域，同時也提高了后續光化學反應的選擇性。作者展示了多種氫原子轉移和環化序列，以及環的擴展和收縮。—Jake S. Yeston
研究背景
隨著光化學過程在可持續化學中的應用逐漸增多，利用光促進鍵形成的策略引起了廣泛關注。光化學反應，特別是針對羧酸及其衍生物的光激發反應，面臨諸多挑戰，例如羧酸的反應性較低，且其在遠紫外區域的吸收使得傳統的光激發策略難以有效實施。羧酸在合成化學中的重要性使得這一領域的研究顯得尤為必要，但現有方法往往限制于較窄的反應范圍，未能充分發揮其潛力。有鑒于此，美國西北大學Karl A. Scheidt團隊在Science期刊上發表了題為“Photochemical phosphorus-enabled scaffold remodeling of carboxylic acids”的最新論文。他們提出了新的激活策略，通過引入磷促進劑以增強羧酸的反應性。這一創新方法旨在直接利用游離羧酸，而無需純化，且實現了吸收譜的紅移，允許在可見光或近紫外光下直接激發羧酸。通過這種方式，研究人員希望生成激活的中間體，進而通過光激發過程生成更高反應性的二自由基，減少Norrish I型反應的發生，并引入新的氫原子轉移（HAT），包括[1,5]-HAT、[1,6]-HAT和[1,7]-HAT過程。 本研究解決了羧酸光激發反應中存在的低反應性和光吸收效率的問題。通過優化反應條件和引入適當的促進劑，成功實現了羧酸的多樣化骨架重組。研究中采用了光激發至單重態二自由基，然后跨系統交叉以獲得三重態二自由基的策略，顯示出這一方法的有效性。最終，研究團隊實現了α-羥基和氨基膦酸酯的高效合成，這些化合物在天然產物和藥物中具有廣泛的生物活性。
研究亮點
（1）實驗首次將羧酸轉化為酰基膦酸酯，成功實現了其在可見光或近紫外光下的光激發反應，生成了具有合成意義的三重態二自由基。（2）實驗通過使用草酰氯和三甲基膦酸酯對羧酸進行活化，隨后利用光激發產生單重態二自由基，再通過跨系統交叉獲得三重態二自由基。該方法顯著提高了反應選擇性，減少了Norrish I型反應的發生，允許實現[1,5]-HAT、[1,6]-HAT和[1,7]-HAT等多種氫原子轉移反應。（3）在針對β-和γ-氨基酸的實驗中，生成的三重態二自由基通過選擇性HAT過程形成中間體，進一步導致分子內自由基耦合和環化產物的形成。此外，α-脯氨酸衍生物中，優先選擇的[1,5]-HAT過程生成[1,4]-二自由基中間體，進而實現了環擴展。（4）實驗結果表明，該方法在合成α-羥基和氨基膦酸酯等生物活性分子方面具有良好的應用潛力，且不需要復雜的純化步驟。這一策略展示了羧酸光化學轉化的新路徑，促進了分子多樣性的增加，為藥物和材料科學的發展提供了新的思路。
圖文解讀
圖3：通過[1,6]-氫原子轉移過程的β-和γ-氨基酸環化的底物范圍。圖4：通過[1,5]-氫原子轉移過程的環狀α-氨基酸收縮或擴展的底物范圍。
結論展望
本文的研究為羧酸的光化學應用開辟了新的視野，展示了利用光促進羧酸骨架重組的潛力。通過將羧酸轉化為酰基膦酸酯，研究者實現了吸收譜的紅移，使其能夠在可見光或近紫外光下直接激發。這一方法克服了羧酸傳統光化學反應中的低量子效率和高能量要求等挑戰。通過磷促進劑的引入，研究者有效地避免了不利的Norrish I型反應，提高了反應的選擇性，并擴展了氫原子轉移（HAT）反應的多樣性。此外，該方法在合成具有廣泛生物活性的α-羥基和氨基膦酸酯方面顯示出良好的應用前景，這些化合物在藥物、天然產物和農藥中均有重要意義。 Qiupeng Peng et al. ,Photochemical phosphorus-enabled scaffold remodeling of carboxylic acids.Science385,1471-1477(2024).DOI:10.1126/science.adr0771
