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• 可见光诱导的有机小分子转化反应具有条件温和、选择性高、可控性好等优点.该策略通常是可见光照射下, 过渡金属有机络合物或有机染料光敏剂与反应物发生单电子转移(或能量转移或氢原子转移)作用, 利用反应过程中形成的自由基或自由基离子中间体实现碳-碳键和碳-杂键的高效构建^[1].但是, 过渡金属有机络合物和有机染料光敏剂的使用, 不仅增加了反应成本, 也产生了环境副作用.在无外加光敏剂条件下, 利用反应物和产物作为光敏剂进行光诱导有机反应, 更符合绿色化学的要求^[2].

  喹喔啉-2(1H)-酮及其衍生物是一类重要的氮杂环化合物, 在药物化学、农药化学等领域发挥着重要的作用.近几年, 一系列的喹喔啉-2(1H)-酮C-3位直接官能团化反应被报道出来^[3]. 3-酰基喹喔啉-2(1H)-酮具有重要的生物活性, 是多种药物分子的核心骨架.但是传统的合成反应需要使用过渡金属催化剂和强氧化剂, 不仅官能团适用性受限, 还易产生金属残留问题.发展一种环境有好的, 无外加光敏剂条件下, 可见光促进的喹喔啉-2(1H)-酮C-3位酰基化反应, 对于开发利用含3-酰基喹喔啉-2(1H)-酮结构单元的药物具有重要意义.

  近日, 湖南科技学院化学学院何卫民小组开发了一种利用反应物和产物作为光敏剂的可见光促进喹喔啉- 2(1H)-酮C-3位酰基化反应(Scheme 1)^[4].作者以N-甲基喹喔啉-2(1H)-酮作为模板底物, 苯乙酮酸作为酰基化试剂, 对反应条件进行了优化.实验结果显示, 以二氯乙烷/水(体积比1:1)作为溶剂, 空气作为氧化剂, 3 W 400~405 nm的可见光照射1 h, 可以87%的分离收率获得目标产物3-苯甲酰基喹喔啉-2(1H)-酮化合物.

  图式 1

  

  图式 1.  可见光促进喹喔啉-2(1H)-酮C-3羰基化反应

  Scheme 1.  Visible-light-induced C-3-acylation of quinoxalin-2(1H)-ones

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  在获得上述最佳反应条件后, 作者分别对喹喔啉- 2(1H)-酮和α-酮酸的适用范围进行了考察(Scheme 1).研究发现该方法的底物官能团耐受性良好, 可以兼容烯基、炔基、酯基、卤素、芳香杂环等重要官能团.

  图 1

  

  图 1.  代表性产物

  Figure 1.  Typical reaction scope

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  作者通过一系列的控制实验对反应机理进行了深入研究(Scheme 2).自由基捕获实验中, 当加入2个化学计量的四甲基哌啶氧化物(TEMPO)作为自由基捕获剂时, 通过质谱分析发现有酰基加合产物生成. 9, 10-二甲基蒽单线态氧识别反应及溶剂效应、三乙烯二胺单线态氧淬灭实验证明反应中存在单线态氧.荧光吸收实验结果显示, 喹喔啉-2(1H)-酮和3-苯甲酰基喹喔啉- 2(1H)-酮在400~405 nm范围内具有最大的吸收波长.

  图式 2

  

  图式 2.  机理研究的关键结果

  Scheme 2.  Key findings of mechanistic studies

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  作者提出了可能的反应机理(Scheme 3).喹喔啉- 2(1H)-酮(1)在400~405 nm的可见光照射下生成激发态的喹喔啉-2(1H)-酮(1*), 该活性中间体与三线态的氧发生能量转移作用(ET)生成高活性单线态氧. α-酮酸(2)与单线态氧通过氢原子转移过程(HAT)生成酰基自由基和氢过氧自由基.酰基自由基与基态的喹喔啉-2(1H)-酮底物发生自由基加成反应得到中间体IM1, IM1发生1, 2-氢迁移过程得到中间体IM2, 再与过氧化氢自由基作用得到目标产物3-酰基喹喔啉-2(1H)-酮(3)和副产物双氧水.反应中生成的3-酰基喹喔啉-2(1H)-酮产物也同时作为光敏剂, 促进反应进行.

  图式 3

  

  图式 3.  可能的催化机理

  Scheme 3.  Possible reaction mechanism

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  综上所述, 何卫民小组为合成结构多样性的C3-酰基化喹喔啉-2(1H)-酮衍生物提供了一条绿色高效的新方法.该方法无需使用外加光敏剂及添加剂, 使用环境友好的空气作为氧化剂, 反应清洁绿色, 适用于生物活性分子、药物分子的合成.该反应也对进一步发展无外加光敏剂条件下的可见光促进有机分子转化反应具有重要的启发意义.

  
  
• 1. [1]

     (a) Cai, B.-G.; Xuan, J.; Xiao, W.-J. Sci. Bull. 2019, 64, 337.
     (b) Shang, T.-Y.; Lu, L.-H.; Cao, Z.; Liu, Y.; He, W.-M.; Yu, B. Chem. Commun. 2019, 55, 5408.
     (c) Xie, L.-Y.; Liu, Y.-S.; Ding, H.-R.; Gong, S.-F.; Tan, J.-X.; He, J.-Y.; Cao, Z.; He, W.-M. Chin. J. Catal. 2020, 41, 1168.

  2. [2]

     (a) Li, G.; Yan, Q.; Gong, X.; Dou, X.; Yang, D. ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 14009.
     (b) Cao, Z.; Zhu, Q.; Lin, Y.-W.; He, W.-M.. Chin. Chem. Lett. 2019, 30, 2132.

  3. [3]

     (a) Miao, P.; Zhu, J.; Yuan, J.; Yang, L.; Xiao, Y.; Zhang, C. Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 1529(in Chinese).
     (毛璞, 朱军亮, 袁金伟, 杨亮茹, 肖咏梅, 张长森, 有机化学, 2019, 39, 1529.)
     (b) Wei, W.; Wang, L.; Bao, P.; Shao, Y.; Yue, H.; Yang, D.; Yang, X.; Zhao, X.; Wang, H. Org. Lett. 2018, 20, 7125. (c) Xie, L.-Y.; Peng, S.; Fan, T.-G.; Liu, Y.-F.; Sun, M.; Jiang, L.-L.; Wang, X.-X.; Cao, Z.; He, W.-M. Sci. China Chem. 2019, 62, 460.
     (d) Wang, L.; Bao, P.; Liu, W.; Liu, S.; Hu, C.; Yue, H.; Yang, D.; Wei, W. Chin. J. Org. Chem. 2018, 38, 3189(in Chinese).
     (王雷雷, 鲍鹏丽, 刘维伟, 刘思彤, 胡昌松, 岳会兰, 杨道山, 魏伟, 有机化学, 2018, 38, 3189.)

  4. [4]

     Xie, L.-Y.; Bai, Y.-S.; Xu, X.-Q.; Peng, X.; Tang, H.-S.; Huang, Y.; Lin, Y.-W.; Cao, Z.; He, W.-M. Green Chem. 2020, 22, 1720. doi: 10.1039/C9GC03899J

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  图式 1  可见光促进喹喔啉-2(1H)-酮C-3羰基化反应

  Scheme 1  Visible-light-induced C-3-acylation of quinoxalin-2(1H)-ones

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  图 1  代表性产物

  Figure 1  Typical reaction scope

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  图式 2  机理研究的关键结果

  Scheme 2  Key findings of mechanistic studies

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  图式 3  可能的催化机理

  Scheme 3  Possible reaction mechanism

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