Ling-Ya Peng#, Rui Jin#, Shi-Rui Zhang, Xiang-Yang Liu*, Wei-Hai Fang, Ganglong Cui*. J. Org. Chem. 2024, 89, 11334-11346. DOI:10.1021/acs.joc.4c00990

氧杂环丁烷因其在药物化学中的重要应用而受到广泛研究。近期，实验课题组报道了一篇Cu催化的[2+2]光环加成反应生成氧杂环丁烷的工作，并且实验上推测其机理与传统的Paternò-Büchi反应机理不同。然而，其在原子水平上的机制尚不清楚。

为深入理解产物选择性来源，我们采用多态完全活性空间二阶微扰理论（MS-CASPT2）和密度泛函理论（DFT）相结合的方法，系统地研究了反应机理，阐明了影响非对映异构选择性的因素。反应初期，三（吡唑基）硼酸铜（TpCu）和降冰片烯在基态下发生强相互作用，生成TpCu(Norb)配合物。在光激发下，TpCu(Norb)最终布居到T₁态，随后TpCu(Norb)进攻丙酮引发后续反应，生成最终的exo-或endo-氧杂环丁烷产物。

计算发现，反应初期在T₁态发生C-C成键，生成开环中间体。随后经过无辐射跃迁回到S₀态，生成五元环中间体，并在基态发生进一步的C-O成键，最终生成exo-产物。相反，endo-氧杂环丁烷由于空间位阻较大，在C-C键生成后需要发生重排反应。因此，生成exo-产物和endo-产物的反应路径在自由能势垒上表现出很大的差异，从而导致了实验观察到的非对映异构选择性。此外，我们发现无辐射跃迁在反应路径中起着至关重要的作用。我们的计算研究为Cu催化的光环加成反应的理解提供了有价值的理论洞察。

第一作者：陕西师范大学彭灵雅博士，北京师范大学硕士毕业生金蕊

通讯作者：北京师范大学崔刚龙教授，四川师范大学刘向洋副教授

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.joc.4c0990