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福建物构所鲍红丽最新Nature子刊:Cu催化联烯酸自由基不对称合成γ-丁烯内酯

手性γ-丁烯内酯广泛存在于天然产物和药物分子中,其合成必须同时精确控制立体化学与取代基多样性。


2025年1023日,中国科学院福建物质结构研究所鲍红丽、Changqing Ye在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Copper-catalyzed enantioselective synthesis of γ-butenolides via radical diversification of allenoic acid》的研究论文,Bingxu Han为论文第一作者,鲍红丽、Changqing Ye为论文共同通讯作者。
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在本文中,作者报道了一种Cu/PyBim催化的2, 3-联烯酸不对称内酯化反应,该反应由磺酰基或膦酰基自由基引发,可直接构建具有模块化环内双键取代基的对映富集γ-丁烯内酯,从而摆脱对传统预官能化底物的依赖。

本文重点展示了所得手性γ-丁烯内酯的合成应用,并开展了机理实验研究。


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图1:含有手性γ-丁烯内酯结构的药物和天然产物。a 含有手性γ-丁烯内酯的天然产物。b 市售药物化合物。


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图2:手性γ-丁烯内酯的合成及本工作。a 从呋喃衍生物构建手性γ-丁烯内酯。b 从非呋喃衍生物构建手性γ-丁烯内酯。c 通过联烯酸的自由基多样化合成手性γ-丁烯内酯(本工作)。


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图3:磺酰基自由基的底物范围。反应条件:1 (0.2 mmol, 1.0 equiv), 2 (0.3 mmol, 1.5 equiv), Na2S2O5 (0.3 mmol, 1.5 equiv), Cu(OAc)(2.0 mol%) 和 L8 (2.4 mol%) 在 1, 4-二氧六环 (0.1 M) 中,室温、氮气氛围下反应 48 h。


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图4:磷酰基自由基的底物范围。反应条件:1 (0.2 mmol, 1.0 equiv), 5 (0.4 mmol, 2.0 equiv), LPO (0.4 mmol, 2.0 equiv), Cu(CH3CN)4PF6 (2.0 mol %) 和 L8 (2.4 mol%) 在 HFIP (0.1 M) 中,60 °C,氮气氛围下反应 12 h。[a]使用 L16 代替 L8。


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图5:合成应用。手性γ-丁烯内酯的转化。


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图6:机理研究。a 自由基捕获实验。b 单晶。c 非线性效应研究。d 哈米特分析。


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图7:可能的反应机理。通过联烯酸的自由基多样化合成手性γ-丁烯内酯的 proposed 催化循环。

综上,作者开发并验证了一种全新的铜/吡啶咪唑啉(Cu/PyBim)催化体系,用于实现2, 3-联烯酸的不对称自由基内酯化反应,成功构建了一系列手性γ-丁烯内酯。

该方法突破了传统依赖呋喃类底物的结构限制,利用磺酰基或膦酰基自由基作为引发剂和官能团载体,通过自由基介导的串联过程,在温和条件下高效、高选择性地实现了对映体富集的γ-丁烯内酯的合成。

研究展示了广泛的底物适用范围与优异的官能团耐受性,并通过克级规模实验和后续多样化转化,充分验证了该策略的合成实用性和可拓展性。

机理研究进一步揭示了反应经历自由基路径,并通过单铜手性配合物实现了对映选择性的精准控制。

该方法不仅为手性γ-丁烯内酯的高效合成提供了新平台,也为自由基介导的不对称C-O键构建开辟了新方向。


Copper-catalyzed enantioselective synthesis of γ-butenolides via radical diversification of allenoic acid. Nat. Commun.2025https://doi.org/10.1038/s41467-025-64398-8.




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