中环分子（8-11元环）由于存在不利的跨环相互作用和熵效应，被认为是有机化学中具有挑战性的合成目标。如果在中环骨架中嵌入E-烯烃结构，将进一步提升合成的难度。目前，制备中环分子的传统方法主要包括烯烃关环复分解反应、sigmatropic重排反应、小环扩环反应以及多组分环化反应等。含E-烯烃结构的中环分子的制备则主要依赖于在预组织的中环结构上通过简单的官能团转化引入烯烃，而这些反应往往活性较低，选择性较差。最近，通过能量转移机制进行的光诱导环加成去芳构化反应取得了显著的进展，为基态热力学不利的转化提供了新的实现途径。中国科学院上海有机化学研究所游书力研究员团队在前期工作的基础上（Acc. Chem. Res. 2022, 55, 2510.），报道了可见光照射下萘酚衍生物的分子内[5+4]环加成去芳构化反应，以良好的收率（up to 86%）以及立体选择性（up to 8.8/1 E/Z）合成了一系列含E-烯烃的高张力中环分子。相关研究成果发表在Nature Communications（Nat. Commun. 2024, 15, 2462. DOI: 10.1038/s41467-024-46647-4）。

（来源：Nat. Commun.）

作者以1-萘酚衍生的乙烯基环丙烷1a为底物考察了各种反应条件，发现在二氯甲烷中进行并以Ir(ppy)₃为光敏剂时，可以顺利发生预期的[5+4]环加成反应，并以85%的分离收率和7.7/1的E/Z比例得到目标产物E-2a。值得指出的是，反应中并未观察到[2+2]或[5+2]等其他环加成产物的生成。

（来源：Nat. Commun.）

在确定了最优反应条件后，作者对底物普适性进行了探索。实验结果显示：该催化体系具有良好的底物适用范围，对各类官能团皆可很好地兼容，以良好的产率（up to 86%）和选择性（up to 8.8/1 E/Z）得到一系列含E式烯烃的九元环产物。

（来源：Nat. Commun.）

为了探究[5+4]环加成反应高选择性得到E式烯烃的原因，作者使用DFT计算对环加成反应历程进行了考察。计算结果表明：虽然中环产物中的E式烯烃比Z式烯烃结构具有更高的张力，但是生成E式烯烃的反应路径在动力学上具有明显的优势。烯基环丙烷接受自由基进攻开环时优先生成E式烯烃（过渡态TS2-E-T₁的Gibbs自由能低于过渡态TS2-Z-T₁），后续的自由基自旋反转与自由基–自由基偶联过程对反应的E/Z选择性均无影响。此外，底物中烯基环丙烷结构的E/Z比例也不会影响产物的E/Z比例。

（来源：Nat. Commun.）

随后，作者对中环产物进行了各种转化以构建更具挑战性的多环结构。值得一提的是，苯衍生物会发生[5+4]/[2+2]串联反应，得到含[2.2.0]结构的高张力分子。

（来源：Nat. Commun.）

相关研究成果发表在Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-024-46647-4)，朱敏博士、 高远君博士和黄绪伦博士为共同第一作者；郑超研究员和游书力研究员为共同通讯作者。详见：Zhu, M., Gao, Y.-J., Huang, X.-Y., Li, M., Zheng, C., You, S.-L. Photo-induced intramolecular dearomative [5 + 4] cycloaddition of arenes for the construction of highly strained medium-sized-rings. Nat. Commun. 15, 2462 (2024).