光激发硝基芳烃通过串联氧化断裂和偶极环加成实现烯烃碳链延长氧化

烯烃氧化在合成富氧分子中至关重要，现有研究多局限于碳链缩短和保留氧化。研究人员开展光激发硝基芳烃介导的烯烃碳链延长氧化研究，通过串联氧化断裂和偶极环加成，以高达 92% 产率获异噁唑啉，为合成复杂分子提供新路径。

　　

在有机合成的广阔领域中，烯烃氧化一直是构建富氧分子的核心反应之一。传统方法如使用 OsO?、KMnO?等金属氧化剂虽能实现氧化，但会产生大量金属废弃物，不符合绿色化学理念。而臭氧（O?）和光激发硝基芳烃等非金属氧化剂的出现，为该领域带来了新方向。然而，现有研究主要集中于碳链缩短氧化（如臭氧分解）和碳链保留氧化（如邻二醇化），如何实现碳链延长氧化以构建更高分子复杂度的化合物，一直是困扰科学家的难题。

为突破这一瓶颈，南开大学的研究人员开展了相关研究。他们发现，光激发硝基芳烃可通过串联氧化断裂和偶极环加成反应，实现烯烃的碳链延长氧化。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为有机合成领域提供了新的思路和方法。

研究人员主要采用的关键技术方法包括：光化学反应技术，在特定波长（385-390 nm）和强度的 LED 光照射下激发硝基芳烃；通过核磁共振（1H NMR）对反应产物进行定量分析，确定产物产率；利用单晶 X 射线衍射技术确认化合物结构。

反应开发

研究人员提出，在臭氧或硝基芳烃介导的烯烃氧化中，初始形成的杂环中间体易碎裂为 1,3 - 偶极子。传统路径中，极性 C=O 双键捕获偶极子导致碳链缩短，而使用非极性 C=C 双键捕获偶极子可形成稳定杂环，实现碳链延长。通过筛选模型氧化剂和烯烃底物，发现 3,5 - 二硝基三氟甲苯作为氧化剂时，含给电子乙氧基的烯烃（R7）能有效反应。经系统优化反应条件，确定最佳条件为：385-390 nm、8 W LED 光，8.0 当量乙氧基乙烯，CH?CN 溶剂，N?氛围，室温反应，此时目标产物（P1）产率达 92%。控制实验表明，光和 N?氛围对反应至关重要，光的波长、强度，溶剂种类及烯烃用量均影响产率。

硝基芳烃和烯烃的适用范围

在硝基芳烃适用范围研究中，发现芳环上含吸电子基团（如 F、Cl、NO?、CF?等）是反应必需条件。含三个或更多吸电子基团、不同位置双吸电子基团取代的硝基芳烃，以及含单个吸电子基团的硝基芳烃、硝基杂芳烃（如硝基吡啶、硝基嘧啶）均能较好反应，产物产率在 40%-92% 之间。

对于烯烃底物，烷氧基烯烃表现出广泛适用性。直链、支链、大位阻烷基及含芳基、O - 官能团的烷基取代烯烃均能参与反应，产率 53%-91%。1,1 - 二取代烯烃可获 56%-68% 产率的产物，而位阻大的内烯烃通常无效。苯乙烯及其衍生物也能反应，以高达 66% 产率生成区域异构体混合物。

反应实用性和机理探讨

为验证方法实用性，进行了克级规模反应，顺利以 76% 产率获得产物 P1。含乙氧基的异噁唑啉是多功能前体，与 BF??Et?O 作用生成的亚胺离子中间体可被多种亲核试剂捕获，以 90%-95% 产率得到相应产物；在镍氯六水合物和硼氢化钠作用下，异噁唑啉 P54 经 O-N 键断裂可转化为 1,3 - 氨基醇，产率 85%。

机理研究方面，自由基清除实验表明反应可能涉及自由基过程；光 “开 - 关” 实验证实需持续光照；使用位阻内烯烃作底物时观察到的副产物，提示反应可能经过类似臭氧的中间体介导的烯烃断裂。基于此，提出可能机理：光激发硝基芳烃经系间窜越形成双自由基中间体，与烯烃自由基加成生成短寿命杂环 I，杂环 I 碎裂产生关键中间体羰基亚胺 II 和副产物醛，最后中间体 II 被烯烃捕获生成目标异噁唑啉产物。

该研究开发了光激发硝基芳烃介导的烯烃碳链延长氧化反应，通过串联氧化断裂和偶极环加成，首次实现了烯烃碳链延长氧化，为构建高复杂度分子提供了新策略。该方法使用易得的烯醇醚或苯乙烯及其衍生物，在温和条件下以高 regioselectivity 和高产率（高达 92%）合成多种异噁唑啉，这些产物可进一步转化为 1,3 - 氨基醇等重要有机分子。研究表明，除臭氧分解和二羟基化反应外，开发光激发硝基芳烃参与的多功能转化是可行的，为烯烃氧化反应开辟了新方向，在有机合成、药物化学和材料科学等领域具有广阔应用前景。