可见光驱动的三重态能量转移级联反应实现2-乙酰萘的间位脱芳环化环加成反应

传统紫外光介导的间位脱芳环化环加成(meta-DAC)反应条件苛刻且选择性差。印度科学教育与研究学院的研究团队创新性地开发了可见光介导的三重态-三重态能量转移(VLEnT)级联策略，通过两步光催化过程实现了2-乙酰萘与烯烃的间位选择性[3+2]环加成。该研究利用光敏剂选择性引发[4+2]环加成，随后发生反热力学双π-甲烷重排，成功构建了高sp3杂化的多环骨架。DFT计算结合电化学、光致发光和动力学实验证实了VLEnT机制，为复杂三维分子合成提供了新思路。

　　

芳香化合物的脱芳环化环加成反应(DAC)是构建复杂三维分子骨架的重要策略，但传统方法依赖高能紫外光照射，存在反应条件苛刻、选择性差等局限。特别是间位脱芳环化环加成(meta-DAC)反应，由于需要在激发单重态势能面上进行，长期以来仅能通过紫外光实现，严重限制了其在合成中的应用。如何在温和条件下实现选择性meta-DAC，成为有机化学家亟待解决的难题。

印度科学教育与研究学院的Biplab Maji团队在《Nature Communications》发表的研究中，创新性地提出了"两步法"可见光催化策略。研究人员发现，通过精确匹配光敏剂与底物的三重态能量(E_T)，可以绕过高能单重态，利用三重态能量转移(VLEnT)级联过程，实现2-乙酰萘与烯烃的间位选择性环加成。该工作不仅解决了传统meta-DAC的局限性，还为构建药物分子中常见的多环骨架提供了新方法。

研究团队采用多种关键技术验证反应机制：通过循环伏安法测定氧化还原电位排除了电子转移途径；利用Stern-Volmer荧光猝灭实验证实了三重态能量转移过程(k_q=11.7×10⁴ M^-1s^-1)；结合动力学监测和量子产率测定(Φ=0.10)揭示了双光子过程；同位素标记实验和DFT计算(SMD_(MeCN)/ωB97X-D/6-311++G**水平)阐明了双π-甲烷重排机制。

反应设计与优化部分显示，硫杂蒽酮(PS4，E_T=64.8 kcal/mol)在405 nm LED照射下效果最优，能以84%收率和6:1的endo/exo选择性获得目标产物。控制实验证实了光敏剂和光照的必要性，而氧分子和2,5-二甲基己二烯等三重态淬灭剂的抑制作用进一步支持了VLEnT机制。

机理研究表明，该反应遵循独特的级联路径：首先发生VLEnT介导的[4+2]环加成，生成中间体2(E_T=58.6 kcal/mol)；随后通过第二个光子触发双π-甲烷重排，最终得到热力学不利但动力学稳定的meta-环加成产物3(E_T=70 kcal/mol)。DFT计算显示，三重态表面3B中间体的自旋密度分布(C_ben=0.75，C_meta=-0.25)决定了间位选择性，而3TS(B-D)的能垒(ΔG^?=19.9 kcal/mol)显著低于ortho路径(ΔG^?=37.5 kcal/mol)。

底物拓展部分展示了该反应的广泛应用性：萘环上可兼容烷基、苯基、二氟、三氟甲基等多种官能团(收率71-90%)；生物活性分子如冰片和薄荷醇衍生物也能顺利参与反应(69-79%收率)。值得注意的是，烯烃几何构型对反应影响甚微，(Z)-1和(E)-1均能以相似效率转化为产物。

在合成应用方面，研究人员展示了产物的多样化衍生：m-CPBA介导的Baeyer-Villiger氧化(77%收率)、LiAlH₄还原保留环丙烷结构(82%收率)、与抗炎药oxaprozin的偶联反应，以及Pd/C催化环丙烷选择性氢解构建氧杂三奎烷骨架(58%收率)。

这项研究的重要意义在于：首次实现了可见光催化的meta-DAC反应，突破了传统方法对紫外光的依赖；提出的VLEnT级联策略为其他挑战性光反应提供了新思路；发展的方法能高效构建药物研发所需的sp³富集多环骨架，并已成功应用于生物活性分子修饰。该工作将推动光催化在复杂分子合成中的更广泛应用，为药物发现提供有力工具。