光催化氢原子转移引发的α-羰基自由基级联反应构建苯并萘啶酮衍生物

本研究针对传统α-羰基自由基转化方法存在金属残留、条件苛刻等问题，开发了无金属光催化氢原子转移（HAT）策略。研究人员通过芳基锍盐高效引发酮类化合物生成α-羰基自由基，与N-(2-氰基苯基)丙烯酰胺发生加成/环化级联反应，成功构建了结构新颖的苯并萘啶酮骨架。该成果发表于《Organic Letters》，其温和的反应条件和优异的官能团兼容性为杂环药物分子设计提供了新思路。

　　

在药物化学和材料科学领域，苯并氮杂环骨架因其独特的生物活性和光电性质备受关注。然而，传统构建方法往往依赖过渡金属催化或强氧化条件，存在反应步骤繁琐、环境负担重等瓶颈。特别是α-羰基自由基的精准调控，一直是合成化学家面临的挑战。如何发展绿色高效的自由基转化策略，成为推动杂环分子设计的关键科学问题。

针对这一挑战，研究人员开发了可见光驱动的氢原子转移（Hydrogen Atom Transfer, HAT）新体系。该研究创新性地采用芳基锍盐作为氢原子提取剂，在温和条件下将酮类化合物转化为高活性的α-羰基自由基。这些自由基与N-(2-氰基苯基)丙烯酰胺发生分子间加成后，通过分子内环化构筑苯并[1,8]萘啶-2(1H)-酮核心骨架。该工作发表于《Organic Letters》期刊，为复杂杂环体系的模块化组装提供了新范式。

关键技术包括：1）光催化氢原子转移反应体系的优化；2）芳基锍盐引发剂的筛选；3）反应底物普适性评价（涵盖芳基烷基酮、α,β-不饱和酮等20余种底物）；4）通过核磁共振（NMR）和高分辨质谱（HRMS）确证产物结构。

【反应体系开发】
通过系统筛选发现，以4CzIPN（1,2,3,5-四(9H-咔唑-9-基)-4,6-二氰基苯）为光催化剂，二苯基锍盐为氢原子转移试剂，在蓝光LED照射下可实现最高86%的收率。对照实验证实，缺电子芳基锍盐更有利于α-H的攫取。

【底物适用范围】
脂肪族酮（如丙酮、环己酮）和芳香酮（苯乙酮、二苯甲酮）均能高效转化。值得注意的是，含有酯基（-COOEt）、卤素（-Br、-Cl）等敏感官能团的底物保持完好，体现出优异的化学选择性。

【机理研究】
自由基捕获实验检测到α-羰基自由基中间体，支持"光催化HAT-自由基加成-分子内环化"的级联反应路径。密度泛函理论（DFT）计算显示，环化步骤的能垒（18.3 kcal/mol）显著低于竞争性副反应。

该研究实现了三个重要突破：首先，建立了首例无金属参与的α-羰基自由基级联反应体系；其次，发展了芳基锍盐作为新型氢原子提取剂的普适性应用；最后，拓展了苯并萘啶酮类化合物的结构多样性。这类骨架常见于抗菌、抗肿瘤活性分子中，例如临床使用的拓扑异构酶抑制剂。方法学的绿色化特征（室温反应、避免重金属）尤其符合可持续化学的发展趋势。

讨论部分指出，当前体系对空间位阻大的底物（如三苯甲酮）效率较低，未来可通过设计位阻更小的锍盐衍生物进行优化。该策略可进一步拓展至其他类型自由基前体的活化，为构建四元环、螺环等张力骨架提供新思路。研究团队特别强调，这种模块化组装方式有望加速药物发现中"优势骨架"的快速构建，具有重要的转化应用前景。