芳烃和杂芳烃的还原是合成环烯烃和烷烃的关键方法之一，是有机合成实验室和工业生产过程中的重要转化。催化加氢和Birch还原反应是最常用的两种方法，可产生部分或完全饱和的环烃。然而，这两种方法在化学选择性还原方面表现欠佳。例如，对于一个含有喹啉、噻吩、N原子Ts保护基和缺电子炔烃等官能团的底物（Substrate A），还原反应体系中的负氢中间体（催化氢化）或溶剂化电子（Birch还原）会对所有基团进行无差别进攻，因此上述方法难以获得良好的化学选择性。不良的化学选择性以及官能团兼容性给合成化学带来了挑战，当这些还原方法需要被用于药物或材料的合成或改性等方面时，问题会变得尤为突出。因此，探索具有高化学选择性特征的芳烃与杂芳烃还原新方法十分必要。
基于上述背景，上海交通大学变革性分子前沿科学中心马佳佳课题组与美国Oberlin College的Shuming Chen课题组合作报道将能量转移催化和氢原子转移相结合，以避免使用传统的氧化还原条件，从而实现了喹啉与异喹啉的化学选择性还原反应。在最优条件下，作者对喹啉还原反应中官能团兼容性进行了细致地考察。结果表明，此反应能够兼容多种不同类型的官能团，例如杂芳基（呋喃，吲哚，噻吩等），以及还原不稳定基团（氰基，酮，碘苯、N原子保护基Ts，Bn，Cbz等）。尤其值得指出的是，当体系中存在贫电子烯烃和炔烃等在传统条件下易被还原的官能团时，反应依旧能够顺利进行并保留上述基团。得益于该方法优异的化学选择性，作者对小分子药物例如Linrodostat 和Boc-OSI-930进行了快速修饰，获得相应的C(sp3)含量增高的产物。作者通过DFT计算对所推测的机理进行了验证。反应开始于激发态Ir光敏剂到1quinoline-BF3的能量转移，随后三重态(3TS-1-A)与γ-松油烯发生初始氢原子转移(HAT)。这一步骤产生了一个三重态自由基对(3INT-1-A)，该自由基对通过势垒最小能量交叉点(MECP-1-A)越过单线态,随后发生第二次氢原子转移，生成还原的喹啉产物(1PDT)和对伞花烃。作者同时利用实验方法对上述理论计算结果进行了验证。在该工作中，马佳佳课题组和Shuming Chen课题组将能量转移催化与氢原子转移相结合，发展了一种具有良好化学选择性特征的喹啉和异喹啉还原方案。此方案可用于药物的后期修饰，能够满足药物化学家探索富含C(sp3)药物空间的需求。上述研究成果近期以“Chemoselective Quinoline and Isoquinoline Reduction by Energy Transfer Catalysis Enabled Hydrogen Atom Transfer”为题发表于Angew. Chem. Int. Ed.（德国应用化学）。变革性分子前沿科学中心博士生刘德海与Oberlin College本科生Kyogo Nagashima为文章共同第一作者，二人分别负责实验与理论计算部分的研究。马佳佳课题组成员梁辉、岳学林和楚云鹏参与了上述研究。马佳佳课题组目前致力于两方面研究：1）面向药物分子高效构建与精准转化的合成方法学开发；2）基于金属中心手性的不对称催化合成。热忱欢迎对有机合成化学感兴趣的博士后、研究生和本科生加入本课题组。课题组网站：https://jiajiamagroup.sjtu.edu.cn
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