三重态激发硝基芳烃通过碳原子删除实现炔烃至酮的高效转化

研究人员针对传统炔烃氧化反应步骤繁琐、选择性差的问题，利用三重态激发硝基芳烃（triplet excited nitroarenes）实现了内炔烃向酮片段的一步转化。该策略通过同步氧插入和碳删除（CO/CO2释放），在33种底物中展现出优异普适性，并成功应用于生物活性分子修饰与放大合成。UV-vis光谱揭示了可见光激发机制，关键中间体酮烯（ketene）和亚硝基芳烃（nitrosoarene）的发现为碳删除化学提供了新思路。

　　

在有机合成领域，炔烃向羰基化合物的转化一直面临选择性控制和步骤经济性的双重挑战。传统方法往往需要多步反应、强氧化条件或贵金属催化剂，不仅效率低下，还可能引发副反应。如何实现炔烃的高效、精准转化，特别是直接删除冗余碳原子构建功能分子，成为合成化学家亟待解决的难题。

针对这一科学问题，研究人员在《Organic Letters》发表的研究中，创新性地利用可见光激发的三重态硝基芳烃（triplet excited nitroarenes）作为"分子剪刀"，成功实现了内炔烃向酮类化合物的直接转化。该策略通过同步的氧原子插入和碳链删除（释放CO/CO₂），一步完成C≡C键到C=O键的精准重构。研究团队系统考察了33种不同结构的底物，证明该方法对酯基、卤素、杂环等官能团均具有出色兼容性，并成功应用于抗炎药萘普生衍生物的后期修饰，展现出在药物研发中的实用价值。

关键技术方法包括：通过UV-vis光谱追踪硝基芳烃的光激发过程；利用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）监测反应中释放的CO/CO₂；通过核磁共振（NMR）和高分辨质谱（HRMS）鉴定酮烯（ketene）和亚硝基芳烃（nitrosoarene）等关键中间体；克级放大实验验证工艺可行性。

【反应普适性研究】
测试含电子给体/吸电子基的芳基炔烃，发现硝基、氰基等强吸电子基不影响转化效率，而富电子炔烃需延长反应时间。萘环、噻吩等稠环体系同样适用，证明该方法对共轭体系的广泛适应性。

【机理探究】
通过猝灭实验证实三重态激发的硝基芳烃为活性物种。捕获到酮烯中间体并通过同位素标记实验证实其参与C-C键断裂过程。检测到CO（占69%）和CO₂（占31%）的释放，揭示碳删除的两种可能路径。

【应用拓展】
完成抗疟药氯喹类似物的酮基化修饰，收率达82%。在流动化学装置中实现每小时1.2 mmol的稳定产出，为连续化生产奠定基础。

该研究开创性地将光激发态硝基芳烃应用于碳骨架编辑，其重要意义在于：1）发展了一种原子经济性的炔烃转化策略，通过删除冗余碳原子实现分子简化；2）揭示了酮烯介导的碳链缩短新机制，为C-C键活化提供新思路；3）无需过渡金属催化剂，符合绿色化学原则。这种"减法合成"理念对复杂药物分子的精准修饰具有重要启示，相关机理研究也为发展新型光促碳删除反应奠定了理论基础。