维生素B12与胶束溶液协同实现环氧化物和氮丙啶的区域选择性开环反应：绿色催化新策略

针对疏水性试剂在水相中溶解度低、传统催化方法条件苛刻且选择性差的问题，研究人员利用维生素B12在胶束(DTAC)体系中的催化特性，实现了环氧化物和氮丙啶与亲电烯烃的区域选择性开环反应。该研究通过优化反应条件（如光波长、助溶剂），获得单一区域异构体产物（最高收率85%），为绿色合成重要中间体提供了新思路。

　　

在有机合成领域，三元杂环化合物如环氧化物和氮丙啶是构建复杂分子的重要“积木”，广泛应用于聚合物和药物研发。然而，传统开环反应依赖强酸/碱或过渡金属催化剂，常面临条件苛刻、选择性差等问题。更棘手的是，疏水性底物在水相催化体系中难以溶解，而有机溶剂又不符合绿色化学理念。如何在水环境中实现高效、高选择性的转化，成为化学家们亟待解决的难题。

针对这一挑战，某研究团队在《Organic Letters》发表了一项创新研究。他们巧妙利用维生素B₁₂（一种水溶性钴配合物）的生物催化特性，结合胶束溶液的增溶作用，开发出环境友好的催化体系。该工作不仅解决了疏水性底物的反应效率问题，还实现了完全的区域选择性控制，为绿色合成提供了新范式。

研究团队采用多技术联用策略：通过紫外-可见光谱监测钴价态变化，证实维生素B₁₂在胶束界面被还原为活性Co(I)物种；借助高分辨质谱(HRMS)捕获到关键自由基中间体与TEMPO（自由基捕获剂）的加合物；利用气相色谱(GC)定量分析产物区域选择性；通过系统优化胶束类型（如DTAC）、光源波长（蓝光446nm/绿光525nm）和助溶剂比例（水/乙醇9:1），确立最佳反应条件。

关键研究发现：

1. 反应条件优化：以2-(苯氧甲基)环氧乙烷与丙烯腈为模型反应，发现阳离子胶束DTAC可替代传统铵盐活化催化剂，水/乙醇混合溶剂使收率提升至85%。氮丙啶开环则需改用异丙醇助溶剂和绿光照射，收率达83%。

2. 底物适用范围：

• 环氧化物：烷基/芳基环氧衍生物均能反应，但四取代环氧物不适用。萘环和苯乙基氨基甲酸酯底物收率较低（40-41%），而苯磺酰基衍生物收率较高（63%），表明极性基团有利于胶束界面反应。
• 氮丙啶：N-烷基取代物反应良好，但N-芳基或长链烷基（如十二烷基）取代物完全无反应，推测空间位阻阻碍了胶束中的定向排列。

1. 机理验证：

• 捕获到Co(III)-烷基中间体（m/z=997.5）和自由基-TEMPO加合物（m/z=456.2），证实反应经历Co(I)亲核开环→均裂生成自由基→迈克尔加成的路径。
• 对照实验显示缺光、缺锌或缺失维生素B₁₂时反应完全抑制，证明三者缺一不可。

研究意义：
这项研究首次将维生素B₁₂的催化能力与胶束的定向组装特性相结合，突破性地解决了水相中疏水底物的转化难题。其创新性体现在：

1. 绿色化学：以水为主溶剂，避免有机溶剂污染；
2. 精准控制：通过胶束微环境调控，实现100%区域选择性；
3. 机理创新：揭示Co(I)在胶束界面的“超亲核性”与底物定位的协同效应。

该成果不仅拓展了维生素B₁₂在合成化学中的应用边界，更为设计新型仿生催化体系提供了理论依据。未来，通过优化胶束结构和底物兼容性，有望将这一策略应用于更多挑战性转化，推动绿色制药工艺的发展。