期刊名：Journal of the American Chemical Society
DOI：10.1021/jacs.4c10153
生物同分异构体的重要性日益增加，加上目前在获取各种手性BCHs和环丁烯方面面临的挑战，强调了对高效合成方法的需求(Scheme 1a)。本文作者报道了采用BCBs和α,β-不饱和羰基化合物作为共同底物的不同合成方法，使三种不同类型的高功能化手性产物的对映选择性合成成为可能(Scheme 1b)。
作者对路易斯酸催化的环加成反应进行了条件筛选，能以98%的产率95%的ee值得到目标产物。
提出的BCHs形成机制如下(Figure 1B)。最初，2a通过其羰基部分和咪唑导向基团与Sc-PyBox配合物定位。同时，1a被路易斯酸激活，增加其亲电性并促进其加入2a的β位置。1a的加入选择性地发生在[Sc]-2a的阻力较小的面，避免了PyBox配体的单核苷酸结构造成的空间阻塞。这种立体选择性加成产生碳正离子I。最后，I的烯酸酯对碳正离子进行亲核攻击，导致环化，从而实现高效和对映选择性合成BCH 3a。
作者对不对称环加成的底物范围做了考察，耐受性好。
作者对光催化环加成反应进行了条件筛选。能以95%的收率，91%的ee值得到目标产物。
通过双自由基途径形成BCH的机制如图2B所示。最初，2a在咪唑基上被手性Brønsted酸A4质子化。质子化的物质2a与共轭碱A4形成一个氢键配合物[P]-2a。在吸收可见光后，[P]-2a被激发成三重态，生成二自由基中间体II.5，二自由基II随后插入到bcb1a中，形成更稳定的苯基自由基III。在系统间交叉事件发生后，13iv发生环化，形成所需的BCH产物5a。
作者对这种光催化不对称环加成的底物范围进行了扩展。
作者使用环丁烯和BCH合成中相同的起始材料，这对实现选择性形成所需的环丁烯4a同时抑制竞争的BCH 3a提出了重大挑战。作者优化了反应条件，在最佳反应条件下，能以75%的收率，82%的ee值的得到目标产物。
所提出的环丁烯形成机理如图3B所示。最初，2a与Ni-PyBox复合物结合。随后，BCB 1a插入到配合物中，形成碳正离子V。此时，Ni -配合物V的烯酸酯作为碱基进行去质子化，随后发生消去反应，形成环丁烯4a。非对映选择性的出现可以通过考虑中间体V的构象动力学来解释。在形成碳正离子中间体和随后的烯醇去质子化后，空间驱动的顺时针旋转使2a的托基和1a的酯基排列成一种构型，有利于形成环丁烯4a的一种非对映体。
作者对合成环丁烯的底物范围进行了拓展。
作者进行了机理验证。用Z式底物也能得到目标产物，支持极性环加成过程中的逐步机制(图4A)；在NiBr2·DME条件下，环加成产物3a没有形成消去产物4a。同样，将消除产物4a暴露于Sc(OTf)3也不会产生环加成产物3a(图4B)。我们在消去条件下使用氘化BCB (1a-d4)进行反应(图4C)。羰基α-位置的氘化表明了分子内的去质子化途径。这些结果表明，环加成产物和消环产物在反应条件下是不能相互转化的。加入自由基捕获剂不影响反应，排除自由基途径(图4D)。我们以甲醇为亲核试剂，进行了碳正离子捕获实验。实验得到甲醇捕获产物8，表明在BCB加成步骤之后产生了碳正离子中间体(图4E)；光环加成途径支持自由基途径(图4D)；接下来，一系列的实验证实了反应通过三态二自由基进行的假设。用三联体增敏剂benzil代替手性Brønsted酸催化剂A4，成功形成消旋产物3a，说明三联体增敏可促进反应(图4F)。在标准条件下，观察到二聚体环丁烷，由两个烯烃2a分子之间的[2 + 2]环加成而产生(图4G)。这种反应性是三重双自由基的特征。这些实验证明产物5a是由质子化的2a在可见光照射下的三重态激发形成的。
作者进行了一些应用转化。
作者在BCB和α,β-不饱和酮之间建立了三个对映体选择性发散反应，从而在催化剂控制下获得结构多样且对映体富集的产物。特定的手性催化剂对底物的不同活化，加上精心控制的反应条件，决定了途径的选择性，导致环加成或环丁烯产物。
使用Sc(OTf)3与手性PyBox配体促进bcb的区域、对映和非对映选择性极性环加成，提供对映富集的BCH衍生物。相反，手性Brønsted酸催化剂促进bcb的光环加成，提供区域异构体手性产物。优化Lewis酸催化体系的极性途径，进一步允许形成对映体富集环丁烯。放大后的反应具有相似的反应活性和选择性，突出了其实用性。
