氮丙啶(aziridine)是一種三元氮雜環,因環張力高達27 kcal/mol而具有很高的反應性,開環後可轉化為1,2-胺基醇、1,2-二胺等含氮化合物,因此在高分子化學與藥物設計領域應用廣泛。傳統上,合成氮丙啶最常見的方式是讓烯烴與氮烯(nitrene)反應,這個過程會使烯烴的兩個碳原子都併入新生成的三元環中,該類策略至今仍是研究熱點。相較之下,另一種策略,即只讓烯烴其中一個碳原子參與成環、另一個碳原子則接上新官能基,然而該策略幾乎未被探索,原因在於這種「單碳氮丙啶化」必須在烯烴上精確構築三個新化學鍵。先前,Aggarwal研究團隊曾讓親核物質攻擊高活性的vinyl sulfonium salt形成sulfur ylide,再使其與亞胺反應形成氮丙啶,但此法僅限於由醛亞胺與乙烯基組成的低取代氮丙啶,且需強鹼與氮保護基輔助。因此,開發一種適用於低活性烯烴、可在末端安裝多種官能基,並於溫和條件下生成高取代NH-氮丙啶的催化策略,相當重要。
近日,德國明斯特大學的研究團隊,開發出一種能量轉移光催化策略,成功只用烯烴的一個碳原子完成氮丙啶化。研究人員以硫雜蒽酮(thioxanthone,TXT)為光催化劑,搭配405奈米可見光,使含亞胺基的雙官能試劑均裂成兩個自由基,並分別加成到硼酸酯基或矽基烯烴的兩個碳上:一個自由基在末端碳裝上目標官能基,另一個則讓亞胺基接到硼/矽所在的碳上。隨後,硼/矽基團經1,2-氮雜-(硼/矽)Brook重排,從碳遷移到相鄰氮原子,促使分子環化成氮丙啶,水解純化後即得游離的N-H氮丙啶。團隊藉此合成出超過40種過去罕見的四取代氮丙啶,且能容納消炎止痛藥celecoxib、油酸oleic acid、降低心血管疾病藥ciprofibrate等藥物分子衍生的官能基。機制研究證實,僅最初的雙官能化需要光,後續的重排環化是熱反應。