近日，我院2023级硕士研究生刘大名在有机化学领域知名期刊《Organic Letters》在线发表研究论文《Photoinduced Palladium-Catalyzed Denitrogenative Cyclization of N-Aroyl Benzotriazoles to Phenanthridinones》（中文题目:《光诱导钯催化苯并三氮唑脱氮环化反应合成菲啶酮》）。
菲啶酮骨架是许多抗肿瘤、抗HIV病毒、靶向关键酶抑制剂等生物活性分子的核心骨架(Fig. 1a)，它们的构建一直是合成化学家和药物化学家的研究热点(Fig. 1b)。本文作者开发了一种可见光诱导Pd催化的N-芳酰基苯并三唑脱氮环化反应，在商品化的Pd2(dba)3/XantPhos为催化剂、PhSiH3作为添加剂的作用下，一系列N-芳酰基苯并氮三唑衍生物被高效、温和地转化为菲啶酮衍生物(Fig. 2)。
Fig. 1菲啶酮骨架的重要性和已有构建方法
Fig. 2 本文工作——可见光诱导Pd催化苯并三氮唑脱氮环化反应合成菲啶酮
该发现首次将可见光和Pd催化进行结合，实现了N-芳酰基苯并三氮唑的脱氮环化反应。此外N-苯乙酰基苯并三唑也可以反应生成5H,7H-二苯并[b,d]氮杂环庚烷-6-酮(Fig. 2, 2zd)。为了阐明反应机理，特别是反应过程中PhSiH3的作用，作者进行了自由基捕获实验、动力学同位素效应(KIE)测定，氘同位素(D)标记实验、光开关实验(Fig. 3a)，提出了一种可能的反应机理（Fig. 3b,右）。首先，PhSiH3与Pd(0)配合物发生氧化加成，得到硅基钯氢中间体A。光激发后，配合物A发生从单重态到三重态的系间窜越（ISC）。光激发物种A随后发生均裂(homolysis)，生成Pd(I)氢化物物种和PhH₂Si•自由基（B）。自由基B加成到N-酰基苯并三唑上，形成中间体C，后者发生脱氮反应生成芳基自由基D。随后D发生自由基环化生成中间体E。E与LnPd(I)–H物种之间发生氢原子转移（HAT），得到硅氧基菲啶中间体F，同时形成Pd双氢物种G。最后，物种G释放H2再生Pd(0)催化剂，而F在后处理水解过程中得到最终产物。反应过程生成的H2也被双管实验捕获验证(Fig. 3b，左)。此外，该催化循环的合理性也得到DFT理论计算的一些印证(Fig. 3c)。
Fig 3. 反应机理有关研究
本文第一作者刘大名为我校应用化学专业2019级本科生，自2022年1月起加入李万方副教授课题组开展本科毕业论文研究工作，并于2023年进入该课题组继续攻读硕士学位。此前，他已在有机化学领域知名期刊《J. Org. Chem.》上发表了关于铜催化对称二芳胺合成的研究成果。本文中的DFT理论计算工作，系与华东师范大学化学系沈超仁副研究员合作完成。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.orglett.5c04877
