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学术 2024-10-01 21:30 广东

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羧酸是制备药物和精细化学品的多功能且广泛可用的原料，因其在化学合成中的重要性而成为研究热点。然而，羧酸的直接光化学反应性受到限制，主要由于其在远紫外区的吸收边缘和低量子效率，这使得其光激发反应的应用面临诸多挑战。

成果简介

为了解决这一问题，美国西北大学Karl A. Scheidt团队携手在Science期刊上发表了题为“Photochemical phosphorus-enabled scaffold remodeling of carboxylic acids”的最新论文。他们提出了一种将羧酸转化为酰基膦酸酯的策略，这一转化不仅实现了吸收谱的红移，使得其在可见光和近紫外光下能够有效激发，还显著提高了后续光化学反应的选择性。通过这一创新的方法，研究团队展示了多种氢原子转移和环化反应序列，并探讨了环的扩展和收缩。这项研究为羧酸的光化学利用开辟了新的路径，展示了羧酸在合成化学中的潜力，为未来在药物和材料科学等领域的应用提供了新的机遇。

值得注意的是，本文第一作者彭邱鹏本科毕业于华东理工大学药学院；博士毕业于清华大学药学院。

研究亮点

（1）实验首次实现了羧酸直接转化为酰基膦酸酯，并成功利用可见光或近紫外光激发生成三重态二自由基，开辟了羧酸光化学应用的新路径。

（2）通过将羧酸与草酰氯和三甲基膦酸酯反应，生成的酰基膦酸酯在光激发下进入单重态二自由基状态，随后通过跨系统交叉获得三重态二自由基。这一策略有效地避免了传统Norrish I型反应中的不选择性，促进了选择性氢原子转移（HAT）反应。

（3）研究表明，β-和γ-氨基酸在生成的三重态二自由基的作用下，能够选择性地经历[1,6]-HAT或[1,7]-HAT过程，形成具有生物活性的环化产物。而α-脯氨酸衍生物则更倾向于通过[1,5]-HAT生成扩环产物。

（4）该方法的优势在于通过磷促进剂实现了多样化的骨架重组，包括环化、收缩和扩展，显著提高了羧酸及其衍生物在药物和材料科学中的应用潜力。

（5）实验优化显示，使用非极性溶剂能有效提高产率，同时在无需纯化的情况下成功扩展到较大规模合成。这一成果为羧酸的光化学反应提供了新的方法论，推动了相关领域的发展。

图文解读

图1：可见光波长下羧酸骨架重组概念。

图2：反应开发。

图3：通过[1,6]-氢原子转移过程的β-和γ-氨基酸环化的底物范围。

图4：通过[1,5]-氢原子转移过程的环状α-氨基酸收缩或扩展的底物范围。

图5：机制研究。

结论展望

本文展示了羧酸在光化学反应中的潜在应用，揭示了通过将羧酸转化为酰基膦酸酯，能够实现光激发反应的红移。这一创新方法不仅使羧酸能够在可见光或近紫外光下有效激发，还增加了反应选择性，显著提升了合成效率。这种策略利用了磷促进剂，成功规避了传统光化学中常见的Norrish I型反应，减少了不必要的副反应，进而拓展了氢原子转移的多样性。通过对β-和γ-氨基酸的选择性重组，研究表明，能够通过一系列环化和骨架重组反应生成具有生物活性的产物，开辟了合成新的药物和功能材料的可能性。

此外，这一方法的成功也为羧酸及其衍生物在其他光化学过程中的应用提供了新的思路。总体而言，本文不仅推动了光化学合成领域的发展，也为未来在药物合成和材料科学中利用羧酸提供了重要的理论和实践基础。

文献信息

Qiupeng Peng et al. ,Photochemical phosphorus-enabled scaffold remodeling of carboxylic acids.Science385,1471-1477(2024).DOI:10.1126/science.adr0771

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