《Tetrahedron》：Photoinduced Cyclopropanation of Olefins
via Silicoborate-Mediated Radical Transfer
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硅基环丙烷的可见光催化合成及其策略研究。该研究开发了可见光驱动的非金属光催化策略，通过硅酸盐试剂在可见光照射下生成硅中心自由基，实现与烯烃的加成和应变驱动的环化，高效合成硅基环丙烷产物。该方法避免了过渡金属催化剂，具有广泛的官能团耐受性，为温和条件下构建环状结构提供了可持续的解决方案。
吴珍烨|刘江红|刘青|刘海|杨忠镇|吴勇
教育部与药物化学系药物靶向与药物递送系统重点实验室，四川植物源药物工程实验室，四川药物精准工业技术研究中心，四川大学华西药学院，中国四川省成都市人民南路17号，610041
摘要
在可见光照射下，一种无金属的光催化系统能够从硅酸盐试剂中生成活性硅中心自由基。这些自由基高效地与烯烃发生加成反应，随后发生极性反转、离去基团的消除以及由应变驱动的环化反应，从而得到环丙烷官能化的硅产物。值得注意的是，该方案避免了过渡金属催化剂的使用，并表现出对多种官能团的良好兼容性。该反应为在温和条件下构建含应变结构的碳环提供了一种可持续的方法。
引言
有机硅化合物由于其独特的化学和物理性质，在合成化学、制药、农用化学和材料科学领域有着广泛的应用[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]。在化学中，C-Si键具有极性，因为硅的电负性低于碳[8]。这种极性影响了反应性，使得选择性转化成为可能，这在合成化学中至关重要。诸如键长、键能以及形成稳定且具有反应性的中间体的能力等性质，在许多科学和技术进步中得到了利用[9]、[10]、[11]。硅硼酸盐是一种强大且多功能的试剂，可用于将硅和/或硼原子引入有机分子中[12]、[13]、[14]，在过去几十年中其应用范围呈指数级增长（方案1，方程1）[15]、[16]。因此，硅基自由基前体的合成应用近年来受到了越来越多的关注，并成为研究的热点[17]、[18]、[19]、[20]。与使用硅烷作为前体生成硅基自由基时需要过量氧化剂或热诱导的氢原子转移（HAT）不同[21]、[22]、[23]，现在越来越多地采用光化学、电化学或碱活化方法从硅硼酸盐生成多种硅基自由基，以构建C–Si或C–X（X=B、O等）键[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]。因此，继续开发稳健且多功能的转化方法对于展示硅硼酸盐作为优越的硅基自由基前体的合成潜力至关重要，特别是在构建结构复杂的化合物方面。
在合成中，环化反应是构建天然产物和药物中常见的碳环和杂环骨架的关键策略[30]、[31]、[32]、[33]。含有应变的三元环（如环丙烷和环氧树脂）由于其固有的环应变而成为优选的结构，这种应变赋予了它们独特的反应性和生物活性[34]、[35]、[36]。
可见光介导的光氧化还原催化已成为在温和和可持续条件下实现单电子转移（SET）过程的一种变革性平台。与热方法相比，该策略在室温下进行，对官能团的耐受性极佳，并且通过可调的光催化剂（例如Ru/Ir复合物、有机染料）实现精确的控制，从而提高反应效率和选择性[37]、[38]、[39]。在过去的十年中，合成化学家们广泛探索了可见光介导的自由基-极性交叉环化（RPCC）在组装复杂环状结构方面的独特优势。特别是在环丙烷的合成中[40]，由Aggarwal等人[41]和Molander等人[42]首次提出的可见光光催化方法，提供了一种可持续的替代方案，避免了使用过渡金属催化剂所产生的环境有害残留物（方案1，方程2）。然而，在这一领域中，硅官能化环丙烷的构建仍然较少被研究[43]。受这些先例的启发，我们采用了一种协同策略，将硅硼酸盐促进的自由基-极性交叉环化（RPCC）与硅基自由基化学相结合，从同烯丙基底物中制备出双取代的硅环丙烷。
在此研究中，我们探讨了光氧化还原催化与自由基级联反应的协同整合，用于构建含应变的三环结构（方案1，方程3）。硼硅酸盐试剂在可见光照射下生成硅中心自由基，这些自由基与烯烃发生区域选择性加成反应，随后发生分子内环化，从而高效地获得硅官能化的三环产物。这种无金属的策略为合成高价值的含应变碳环提供了一种可持续且通用的方法，克服了传统方法的局限性。我们的发现不仅提供了关于自由基-极性交叉过程的机制见解，还展示了其广泛的合成应用价值。
结果与讨论
我们使用甲基4-(4-(甲苯氧基)丁-1-烯-2-基)苯甲酸（1a）和三乙基(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼烷-2-基)硅烷（2a）作为反应底物模型，系统地筛选了反应参数并优化了反应条件。对光催化剂的初步评估表明，在测试的各种金属基和有机光催化剂中，4DPAIPN产生了最高的产物产率（表1，条目2-6）。随后的溶剂筛选确定了N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）作为最佳溶剂。
结论
总之，我们开发了一种基于可见光的无金属光催化策略，用于高效合成环丙烷官能化的硅产物。该方法利用硅酸盐试剂生成活性硅中心自由基，这些自由基依次与烯烃发生分子间加成反应和分子内环化反应，从而得到环丙烷官能化的硅产物。该方案具有显著的优势，包括：（1）避免了过渡金属的使用
一般信息
除非另有说明，所有试剂均从商业供应商处购买，无需进一步纯化即可使用。所有反应均在密封管中进行。除特别提到的干燥溶剂外，所有溶剂均按照通用方法处理。所有反应均通过薄层色谱（TLC）进行监测，并使用紫外光可视化。产物纯化采用硅胶柱色谱法完成。薄层色谱（TLC）的表征
作者贡献声明
刘江红：验证、方法学研究。吴珍烨：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据管理。吴勇：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、资源协调、方法学研究。杨忠镇：撰写 – 审稿与编辑。刘海：撰写 – 审稿与编辑。刘青：数据管理、概念构思
利益冲突
不存在需要声明的利益冲突。
数据可用性
本研究的数据可在文章及其补充信息中找到。
数据可用性声明
本研究的数据可在已发表的文章及其补充信息中获取。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了四川大学华西医学院（华西医院）“启明星”青年人才研究基金（HXQMX0092）的支持。
