Yifan Su, Nađa Došlić, Manuel Martinović, Mladena Glavaš, Josip Draženović, Jiani Ma, and Nikola Basarić. J. Am. Chem. Soc. 2026, DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.5c21621

醌甲基化物（QM）是酚类化学和光化学中常见的反应性中间体，在过去十年，因其在有机合成中的应用而重新焕发活力。其中，氮杂醌甲基化物（aza-QM）是制备氮杂杂环的优秀前体。然而，aza-QM的制备通常涉及芳香性的破坏，往往需要苛刻的反应条件。光化学方法只依赖于在环境温度下使用光子，是一种相对温和的方法，并且可以实现对反应的时空控制。因此，通过光化学方法合成aza-QM颇具吸引力。马佳妮课题组与鲁杰尔·博什科维奇研究所（Institut Ruder Boskovic）的尼古拉·巴萨里奇（Nikola Basarić）教授近十年围绕光致醌甲基前体的理性设计及光化学反应机制研究展开了系列合作。双方的合作代表作发表在Journal of the American Chemical Society（2017, 139, 18349−18357），Journal of Organic Chemistry（2019, 84, 8630−8637；2023, 88, 15176–15188）等期刊，并在Physical Chemistry Chemical Physics（2025, 27, 15272–17292）发表综述文章。

邻羟甲基苯胺（1）在光照下会经历脱水过程生成aza-QM，并且具有较高的光乙醇解反应量子产率（Φ_R = 0.40）。本文结合瞬态吸收光谱实验和理论计算，对1光致生成aza-QM的反应过程进行了详细研究（图1）。1的光致生成aza-QM过程遵循逐步反应机制。1受光激发至S₁（ππ*）态，随后经历S₁（ππ*）/S₂（nσ*）的锥形交叉点，并发生苄基位置C–O键的断裂。然而ππ*和nσ*态之间的非绝热布居转移效率低下，并且锥形交叉点后ππ*态表现出较长的平台期，导致紧密离子对的寿命较长。所以瞬态吸收光谱实验中观察到了紧密离子对的激发单线态。随后，激发单线态的紧密离子对经历锥形交叉点回到基态，并经历脱质子化依次生成碳正离子和aza-QM。

图1. 1的光致脱水反应机理

为了使光致生成aza-QM更加高效，在1上引入N-叔丁氧羰基和O-乙酰基设计了N-叔丁氧羰基-O-乙酰基-氨基苯甲醇（5）（图2）。5的光化学反应更加干净和有效，并且光乙醇解反应的量子产率与1相当（Φ_R = 0.49）。这是由于叔丁氧羰基的引入不仅增加了NH的酸度，并且增加了用于消除的反应性构象的数量，有利于AcOH的同步消除。其次，相比于羟基，乙酰基是更好的离去基团。乙酰基还引入了可以消除乙酸的额外nπ*态，从而改变了反应的内在机制。因此，5的激发态苄基位置C–O键解离有两种机制。第一种机制与1相似，涉及初始激发的ππ*态和解离的nσ*态之间的锥形交叉点。然而，S₂（nσ*）/S₁（ππ*）的锥形交叉点后ππ*态能量的急剧上升促进了更有效的C–O键裂解。第二种机制得益于额外的nπ*态。分子受光激发至S₁（ππ*）态，随着乙酰基上C–O的延长，S₃（nπ*）态趋于稳定，并生成S₁（nπ*）态。紧接着，分子经历nπ*/nσ*的锥形交叉点并发生C–O键的断裂。一旦达到nσ*，苄基位置的C–O键就会发生断裂，随后通过S₁/S₀的锥形交叉点迅速生成aza-QM。因此，5的光致生成aza-QM是一个没有可检测中间体的超快过程。值得注意的是，5作为前体光致生成的aza-QM具有更长的寿命，使其能够与各种亲核试剂反应，并在相对缓慢的Diels-Alder反应中形成环加合物。这有利于有机合成中的应用并构建更复杂的氮杂杂环。

图2. 5的光致脱乙酸反应机理

该工作不仅可为高效aza-QM前体的理性设计提供指导，也是实现aza-QM在生物环境中应用的先决条件。

第一作者：陕西师范大学博士研究生苏怡帆

通讯作者：陕西师范大学马佳妮教授，Ruđer Bošković研究所Nađa Došlić教授、Nikola Basarić教授

全文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c21621