新闻网讯 近日，化学与化工学院钟芳锐、吴国骄团队在光催化合成领域取得重要进展，开发出一种全新的“骨架编辑”策略，能够将常见的五至八元环酮化合物高效转化为具有高张力和三维立体结构的环丙烷并合中环化合物。该研究成果以“Energy-Transfer-Enabled Skeletal Rearrangement of Cyclic Ketones into Strained Cyclopropane-Fused Medium Rings”为题，在国际化学顶级期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上发表。

环丙烷并合中环是一类兼具高张力与独特三维空间结构的优势骨架，广泛存在于某些天然产物和药物分子（如Pepluanol B、Picato等）中，在药物设计和材料科学中具有重要潜力。然而，由于其合成过程中面临的角度张力和不利的跨环相互作用，这类结构的模块化、高效合成一直是有机合成领域的重大挑战。传统方法通常步骤繁琐、底物局限性大，难以实现多样性构建。

针对这一难题，团队提出了一种极具原创性的“骨架拓扑跃迁”策略。该策略利用可见光催化，通过能量转移过程激发底物分子，产生关键的双自由基中间体，进而触发前所未有的1,4-羰基迁移反应，经历“扩环-坍塌”的串联过程，最终一步到位地将单环酮骨架直接重排为张力环并合的中环体系。这一过程如同对分子骨架进行了一次精准的“外科手术”，同时改变了环的大小和环间的并合方式，实现了从平面二维结构向复杂三维结构的直接跃迁。

该方法条件温和，操作简便，仅需在室温下以395 nm LED灯照射，使用硫氰酸盐作为光催化剂即可高效进行。研究团队展示了该策略广泛的底物适用性和优异的官能团耐受性，无论是带有给电子或吸电子基团的芳香环、杂环，还是结构复杂的天然产物衍生物如诺蒎酮、香芹酮、洛索洛芬等，均可顺利转化为相应的环丙烷并合中环产物。特别值得一提的是，该方法成功应用于多种药物分子和天然产物骨架的后期直接修饰，为基于复杂分子的药物先导化合物快速衍生化提供了强大工具。

为进一步展示其合成实用性，团队完成了克级规模的反应以及丰富的下游转化。所得产物中的酮基可方便地进行还原、维蒂希反应、还原胺化等多种衍生，并能与后续的骨架编辑步骤无缝衔接，快速构建出结构多样的[n.3.0]双环等更为复杂的环系，极大地拓展了可触及的三维化学空间。

在机理研究方面，结合自由基捕获实验、荧光淬灭实验、立体选择性研究和DFT理论计算，团队清晰揭示了该反应经历能量转移生成三重态双自由基、继而发生分子内自由基加成、键断裂、再关环的详细路径，从实验和理论层面共同支撑了所提出的“能量转移-双自由基介导”机理。

总之，该研究发展了一种通用、高效的光催化骨架编辑新方法，不仅攻克了环丙烷并合中环这类优势骨架的合成难题，更提供了一种通过“骨架拓扑跃迁”直接构建三维复杂分子的新范式。这项成果将有力推动三维环系分子库的构建，为药物发现、材料科学等领域输送新的分子实体，具有重要的科学意义和应用前景。

化学与化工学院2024级博士生徐英茹为论文第一作者，钟芳锐教授和吴国骄副研究员为论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、湖北省重点研发计划、rabey雷竞技重大科技创新项目等多个项目的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202522620