取代环丁烷是许多天然产物、药物分子和生物活性分子化合物的核心结构，是合成化学中的主要中间体。光诱导的烯烃[2+2]环加成反应是生成多种环丁烷最直接的方法。尽管选择性[2+2]环加成反应的研究不断取得进展，但对于特定区域选择性和非对映异构体选择性的烯烃分子间[2+2]环加成反应，发展还十分有限。例如顺式的头对头（syn-HH）环丁烷衍生物的高选择性合成，长期都没有简易普适的催化合成途径。
基于此，中山大学化学学院苏成勇教授课题组和胡鹏教授课题组合作，利用含有多个光敏剂和开放窗口的具有纳米空间限域的金属有机笼（MOC-16），通过其空间的限制作用控制反应中间体的构型，在可见光下催化α,β-不饱和羰基化合物分子间的[2+2]环加成反应，实现特殊而高效的顺式的头对头（syn-HH）非对映异构体选择性。顺式的头对头（syn-HH）构型环丁烷主产物在之前文献报道中往往作为副产物出现。
研究发现，MOC-16可以作为一种类酶的可见光催化剂，在含有水相的体系内，通过主客体相互作用，完成底物和产物的相转移，高效催化一系列α,β-不饱和羰基类化合物的[2+2]环加成反应，催化剂用量仅需0.03-0.12 mol%。反应底物包括各类取代的查儿酮类衍生物，肉桂酸酯类衍生物，卞叉丙酮类衍生物，展示出丰富的底物以及官能团适用性。供电子和吸电子官能团，甚至包含活泼氢的羟基和羧基，均能很好的兼容。特别值得一提的是，除了相同分子间的反应，极具挑战性的不同分子间交叉[2+2]环加成反应也可以顺利进行。反应具有优异的立体选择性，最优非对映异构体选择性大于99%。催化剂在催化过程中高效、稳定，重复利用10次后，催化活性无明显下降。以上结论说明这类具有光活性的配位超分子笼，在仿生酶催化和立体选择性催化的反应中都有具有潜在应用价值，也为具有特殊非对映异构体选择性的环加成光催化反应提供了一个应用前景良好的新方法。
上述研究成果发表于Nature Communications杂志。该研究工作得到了国家自然科学基金和中山大学百人计划项目的支持。
来源：中山大学
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-020-18487-5
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