烯烃、炔烃等各类π体系已被广泛证实为生成相应自由基阴离子的多功能前体（图1A，i）。然而，自由基阴离子化学向富含C(sp3)杂原子的小环化合物的扩展仍鲜有研究，这主要归因于缺乏高效的催化方法。传统制备小杂环自由基阴离子的方法通常依赖可溶性碱、牺牲电极或氧化还原活性金属（图1A，ii），但这些方法存在以下缺点：（1）强还原性试剂操作风险高；（2）反应选择性难以控制，易发生过度还原等竞争性副反应；（3）需使用化学计量的还原剂。而这些问题在不对称合成中尤为突出，严重制约了其实际应用。
图1. 研究背景及反应设计。图片来源：JACS
环氧化合物是一类重要的杂环小分子，可参与多种化学转化。过去几十年的研究表明，环氧化合物可通过单电子转移（SET）过程活化生成自由基中间体，进而参与多种自由基反应。该领域的重大突破主要得益于Ti(III)介导的还原催化体系（图1B，i）。随后，化学家们开发了基于碘代物的间接SET策略：首先对环氧化合物进行开环，生成的碘代醇进一步通过SET过程产生烷基自由基，并将其应用于多样化的化学转化（图1B，ii）。尽管环氧化合物自由基化学已取得一定进展，但目前仍缺乏简单、高效的催化体系，能够通过SET过程将环氧化合物直接活化为相应的自由基阴离子。
基于课题组前期在烯烃自由基阴离子领域的研究积累，并结合团队在光/铜协同催化不对称反应体系的长期探索，作者提出将自由基阴离子的催化策略拓展至环氧化合物体系，利用“荷基异位自由基阴离子”（distonic radical anion）构建一种通用且温和的不对称自由基交叉偶联平台。近日，华中师范大学肖文精与陈加荣团队通过可见光/铜协同催化策略，成功实现环氧化合物与亲核试剂的不对称自由基偶联反应，高效合成了一系列手性β-氰醇和高炔丙醇类化合物（图1C）。
图2. 不对称氢氰化底物拓展。图片来源：JACS
图3. 不对称氢炔化底物拓展。图片来源：JACS
图4. 自由基前体拓展。图片来源：JACS
图5. 机理研究。图片来源：JACS
图6. 反应机理。图片来源：JACS
综上所述，肖文精/陈加荣团队发展了一种通用的可见光/铜协同催化环氧化合物的不对称自由基偶联反应，通过产生“荷基易位”环氧化合物自由基阴离子，成功实现了环氧乙烷、氧杂环丁烷、氧杂五元环以及氮杂环丙烷的不对称自由基偶联反应，体现出极高的反应兼容性，并为小环化学和自由基阴离子化学提供了新的思路。
这一研究成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.上，华中师范大学陈加荣教授为通讯作者。华中师范大学博士研究生滕帆为第一作者。此外，杭州师范大学的蒋敏副研究员为EPR实验提供了重要支持。华中师范大学硕士研究生李子晴与张之涵研究员在理论计算方面做出了重要贡献。最后，特别致谢南方科技大学刘心元教授所开发的金鸡钠碱阴离子手性配体对于此论文中不对称氢炔化工作提供了重要支持。
该研究得到了国家自然科学基金（22171099、22471086、91956201）；国家重点研发计划（2022YFA1506100）；中央高校基本科研经费（CCNU24JCPT016）；河南师范大学化学化工学院开放研究基金（2021YB02），以及江西省“双千计划”（jxsq2023102004）等项目的支持。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Unlocking Epoxide Radical Anion Reactivity for Asymmetric Cross-Coupling by Copper Metallaphotoredox
Fan Teng, Zi-Qing Li, Zhi-Cheng Mao, Zhihan Zhang, Min Jiang, Wen-Jing Xiao, Jia-Rong Chen*
J. Am. Chem. Soc. 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c05957
导师介绍
肖文精
http://chem-xiao.ccnu.edu.cn/
https://www.x-mol.com/university/faculty/10793
陈加荣
http://chem-xiao.ccnu.edu.cn/
https://www.x-mol.com/university/faculty/10802
