張曉斐　王堯　劉佳鑫　李丹璐

摘要：環(huán)烷烴類天然有機產物和生物醫(yī)藥分子的骨架構建依靠環(huán)加成反應得以實現(xiàn)，而環(huán)丙基苯胺能夠在光催化條件下斷鍵產生胺基陽離子自由基，繼而為環(huán)化提供自由基供體，實現(xiàn)新的C-C鍵的構筑.但是此類反應通常需要使用昂貴的過渡金屬光催化劑，提高了應用成本.本文使用4CzIPN這種非金屬催化劑，以環(huán)丙基苯胺和肉桂酸酯類衍生物作為底物，通過光催化環(huán)化反應，以較為優(yōu)異的位置選擇性合成了一系列環(huán)戊烷類衍生物，為光催化自由基環(huán)化反應提供了更加經濟的新方法，進一步拓寬了環(huán)丙基苯胺在光催化領域的應用.

關鍵詞：光催化； 自由基； 環(huán)化反應

中圖分類號：O62文獻標志碼： A

Study on visible-light-induced ［3+2］ cycloaddition of cyclopropylaniline

ZHANG Xiao-fei WANG Yao LIU Jia-xin LI Dan-lu（1.College of Chemistry and Chemical Engineering，Shaanxi University of Science & Technology， Xi′an 710021， China;? 2.Shaanxi Key Laboratory of Chemical Additive for Industry， Shaanxi University of Science & Technology， Xi′an 710021， China）

Abstract：The skeleton construction of cycloalkane natural organic products and biomedical molecules is realized by cycloaddition reaction，while cyclopropylaniline can break bond under photocatalytic conditions to produce amino cation free radicals，and then provide free radical donors for cyclization to realize the construction of new C-C bond.However，such reactions usually require the use of expensive transition metal photocatalysts，which increases the application cost.In this paper，a series of cyclopentane derivatives were synthesized with excellent regioselectivity by using 4CzIPN，a non-metallic catalyst，with cyclopropylaniline and cinnamate derivatives as substrates through photocatalytic cyclization reaction，which provided a more economical new method for photocatalytic free radical cyclization reaction and further broadened the application of cyclopropylaniline in the field of photocatalysis.

Key words：photocatalysis; free radical; cyclization reaction

0引言

可持續(xù)發(fā)展是當今世界所面臨的整體趨勢.太陽能作為自然界一種清潔、豐富、可再生的天然能源，如何將其高效快捷轉化為化學能，是如今科學家們所面臨的巨大挑戰(zhàn).在有機化學合成中，大部分有機分子都不能直接吸收太陽光，從而限制了太陽能在有機合成中的應用，為解決這一問題，通常會使用貴金屬絡合物作為光催化劑，通過其將可見光能量導入有機分子.例如Macmillan團隊［1-4］、Glorius團隊［5-9］、Yoon團隊［10-17］、Stephenson團隊［18，19］等通過使用釕（II）、銥（III）等貴金屬，在溫和的條件下，以較高產率、高選擇性實現(xiàn)各種不同雜化方式的碳碳鍵的構架.其中，環(huán)丙基苯胺能夠在此類光催化條件下不可逆開環(huán)，同時氧化為氮基正離子，進而作為自由基供體，提供三個碳原子，完成碳碳鍵的構筑.

早在2012年，Zheng課題組利用可見光氧化還原催化首次實現(xiàn)了環(huán)丙基苯胺（CPA）與苯乙烯的分子間［3+2］環(huán)化反應.他們發(fā)現(xiàn)在可見光及光催化劑作用下，環(huán)丙胺能夠被氧化為碳自由基陽離子且此過程不可逆，進而，能夠與烯烴在一定條件下，發(fā)生環(huán)化反應形成五元碳環(huán).該方法針對烯烴兩個可能的反應位點具有較好的區(qū)域選擇性，同時，在對底物拓展時具有優(yōu)良的產率及官能團耐受性［20］.2014年，該團隊深入探究了CPA與其他類型不飽和鍵的反應能力［21］.Zheng課題組將環(huán)丙基苯胺與端炔烴進行反應，使用不同的光催化劑，以較好或優(yōu)秀的產率合成了一系列的五元環(huán)烯化合物，同時，對CPA與對稱的芳香二炔、脂肪二炔的反應也進行了報道，以極好的產率和選擇性得到了一系列烯炔化合物，進一步豐富了CPA的使用范疇.同年，該課題組通過更換光催化劑，突破性的提高了CPA與端炔烴反應的產率，使得N-環(huán)丙基苯胺在與各類不飽和碳的反應中均能以穩(wěn)定高效的碳自由基陽離子中間體為反應提供碳源，實現(xiàn)環(huán)化［22］，如圖1所示.

2017年，Zheng團隊不滿足于僅猜測反應過程中所經由的中間體，而通過N-環(huán)丙基苯胺（CPA）和苯乙烯分子間［3+2］環(huán)化反應，利用電噴霧電離質譜（ESI-MS），結合在線激光照射，對二者反應中生成的瞬態(tài)胺基陽離子進行檢測.他們通過高分辨質譜（HRMS）成功地檢測到了反應中的還原性光催化劑Ru（I）（bpz）3+以及［3+2］環(huán)化產物陽離子2+·中間體，為Ru（II）促進的［3+2］環(huán)化反應鏈式反應機制提供了強有力的證據，成功確認了由CPA參與的環(huán)化反應的關鍵步驟，也為后續(xù)拓展CPA的其他反應提供了可靠的理論基礎［23］.

然而，目前已知的針對CPA的反應都是由貴金屬光催化劑促進，具有成本較高、毒性強的缺點，且通常使用在與端烯、端炔這類較為特殊的底物之上，進一步限制了其在藥物合成領域及工業(yè)化領域的發(fā)展.

本文擬采取N-環(huán)丙基苯胺及其衍生物作為自由基供體，在有機廉價非金屬光催化劑4CzIPN存在的條件下，經藍光照射之后產生胺基陽離子自由基再發(fā)生環(huán)加成反應，得到高選擇性的2-苯基-3-（苯基氨基）環(huán)戊烷羧酸乙酯衍生物，具體過程如圖2所示.

1實驗部分

1.1試劑和儀器

1.1.1主要試劑

溴苯、環(huán)丙氨、肉桂酸乙酯、4-甲氧基肉桂酸、膦?；宜崛阴?、3-甲基肉桂酸、氫化鈉、甲酸、三（2，2′-聯(lián)吡啶）釕（II）二（六氟磷酸）鹽、三聯(lián)吡啶氯化釕六水合物、四氟間苯二腈，以上試劑均購買自薩恩化學技術（上海）有限公司；曙紅Y、羅丹明、氯化鈰、咔唑、4-甲基肉桂酸、4-乙基苯甲醛、4-叔丁基苯甲醛、4-三氟甲基肉桂酸、4-氟肉桂酸、4-溴苯甲醛、4-氯苯甲醛、1-溴-4-乙基苯、1-溴2-甲基苯、1-溴-3-甲基苯、1-溴-3氯苯、1-溴-4氯苯，以上試劑均購買自上海畢得醫(yī)藥科技有限公司；THF、DMF、DMC等溶劑均購買自廣東光華科技股份有限公司；200～300目柱層析用硅膠購買自青島海洋化工廠.

1.1.2主要儀器

SGW X-4B 型顯微熔點儀，上海儀電物理光學儀器有限公司；20 W 藍色LED實驗燈，前方照明公司；AVANCE Ⅲ 400 MHz 型核磁共振儀，Impact HD Q-TOF 型高分辨質譜儀，VECTOR Ⅱ 型光譜儀，德國Bruker公司；旋轉蒸發(fā)儀RE-52AA，上海亞榮科技有限公司；加熱磁力攪拌器MS-H-Pro+，SCILOGEX公司.

1.22-苯基-3-（苯基氨基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯衍生物的合成

1.2.1環(huán)丙苯胺類底物的合成

根據前人的方法指導，合成一系列環(huán)丙苯胺類底物［24］.將溴苯（1.9 mmol），環(huán)丙氨（2.3 mmol），醋酸鈀（10 mol%），叔丁醇鉀（2.7 mmol），2-（二環(huán)已基膦）-3，6-二甲氧基-2，4，6-三異丙基-1，1-聯(lián)苯（0.06 mmol），甲苯（10 mL）加入反應瓶中，氮氣保護并使用錫箔紙避光，80 ℃反應18 h.待反應完成后，冷卻至室溫，加入10 mL飽和食鹽水，使用乙酸乙酯萃取洗滌（3*10 mL）之后收集有機相，減壓除去溶劑，快速柱層析（PE/EA=30∶1，體積比），得到相應的N-環(huán)丙基苯胺及其衍生物.

1.2.2肉桂酸乙酯類底物的合成

方法一：將肉桂酸或其衍生物（3.0 mmol），濃硫酸（0.5 mL，98%），乙醇（3.8 mL），裝入圓底燒瓶中，82 ℃下回流5 h，反應完成后冷卻至室溫，加入飽和碳酸氫鈉中和反應液后使用乙酸乙酯（3*30 mL）萃取，收集有機相，減壓除去溶劑，經快速柱層析（PE/EA=2∶1，體積比），得到對應的肉桂酸酯類衍生物.

方法二：將膦?；宜崛阴サ乃臍溥秽芤海?2.0 mmol，1.0 mmol/L THF）在氮氣保護，0 ℃下緩慢滴入氫化鈉溶液（12.0 mmol，1.0 mmol/L THF）中，攪拌15 min，再將帶取代基的苯甲醛類溶液（10.0 mmol，1.0 mmol/L THF）緩慢滴入混合溶液中，0 ℃下攪拌0.5 h后，在80 ℃下回流過夜，待反應完成后冷卻至室溫，加入飽和食鹽水，經乙酸乙酯萃取之后收集有機相，減壓除去溶劑，經快速柱層析（PE/EA=10∶1，體積比），得到反應原料肉桂酸酯類衍生物.

1.2.32-苯基-3-（苯基氨基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯衍生物的合成

將肉桂酸酯類衍生物（0.1 mmol），環(huán)丙苯胺類衍生物（0.2 mmol），光反應催化劑2，4，5，6-四（9-咔唑基）-間苯二睛，以下簡稱為4CzIPN（2.0 mol%），反應溶劑無水甲醇（2.0 mL）依次加入10 mL透光反應管中，氮氣密封，在室溫下經20 W藍光照射下攪拌12 h，反應完全后，加入水溶液猝滅反應，使用乙酸乙酯（3*10 mL）萃取三次，合并有機相，無水硫酸鈉干燥減壓除去溶劑后進行快速柱層析（PE/EA=30∶1，體積比），得到相對應的2-苯基-5-（苯基氨基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯衍生物，最后使用核磁共振，X-射線單晶衍射對產物進行表征.

產品的表征數據如下：

2-苯基-5-（苯基氨基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3aa，淡黃色油狀液體，78%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl3）：δ 7.34-7.20 （m，5H），7.14-7.07 （m，2H），6.67 （t，J=7.3 Hz，1H），6.52 （d，J=7.7 Hz，2H），4.08 （q，J=7.1 Hz，2H），3.95-3.86 （m，2H），3.27 （t，J=8.6 Hz，1H），2.95 （d，J=7.4 Hz，1H），2.45-2.37 （m，1H），2.27-2.07 （m，2H），1.81-1.70（m，1H），1.17 （t，J=7.1 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl3）：δ 175.33，147.66，141.54，129.18，128.71，127.55，126.97，117.34，113.38，61.54，60.68，56.19，50.68，32.50，28.08，14.18.

2-苯基-3-（苯基氨基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4aa，淡黃色油狀液體，15%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃）：δ 7.32-7.17 （m，5H），7.10 （t，J=7.7 Hz，2H），6.67 （t，J=7.2 Hz，1H），6.46 （d，J=7.9 Hz，2H），4.18-4.09 （m，3H），3.81 （t，J=7.4 Hz，1H），3.42-3.30 （m，2H），2.37-2.19 （m，2H），2.08-1.97 （m，1H），1.91-1.81 （m，1H），1.23 （t，J=7.1 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 176.12，147.48，138.68，129.20，128.70，128.62，127.08，117.46，113.49，60.79，57.80，51.67，47.01，31.86，27.63，14.32.

2-（苯胺基）-5-（對甲苯基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3ab，淡黃色油狀液體，81%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.17-7.10 （m，6H），6.66 （t，J=7.28 Hz，1H），6.52 （d，J=7.84 Hz，2H），4.12-4.07 （m，2H），3.89-3.84 （m，1H），3.26 （t，J=8.72 Hz，1H），2.99-2.92 （m，1H），2.41-2.36（m，1H），2.32 （s，3H），2.25-2.06 （m，2H），1.79-1.70 （m，1H），1.18 （t，J=7.12，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl3）：δ 175.38，147.72，138.42，136.49，129.38，129.13，127.38，117.26，113.38，61.46，60.60，55.73，50.65，32.44，28.02，21.04，14.19.

3-（苯胺基）-2-（對甲苯基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4ab，淡黃色固體，18%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.18-7.09 （m，6H），6.68 （t，J=8 Hz，1H），6.51 （d，J=7.8 Hz，2H），4.18-4.07 （m，3H），3.79 （t，J=7.52，1H），3.41-3.34 （m，1H），2.34 （s，3H），2.28-2.19 （m，2H），2.08-1.99 （m，1H），1.92-1.83 （m，1H），1.25 （t，J=7.12Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 176.08，147.49，136.54，135.43，129.25，129.01，128.45，117.32，113.45，60.64，57.69，51.27，46.92，31.70，27.55，21.04，14.25.

2-（苯胺基）-5-（間甲苯基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3ac，淡黃色油狀液體，63%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.19 （t，J=7.68 Hz，1H），7.13-7.02 （m，5H），6.66 （t，J=7.28 Hz，1H），6.53 （d，J=8.04 Hz，2H），4.16-4.06 （m，2H），3.91-3.85 （m，1H），3.24 （t，J=8.48 Hz，1H），3.00-2.94 （m，1H），2.42-2.35 （m，1H），2.32 （s，3H），2.26-2.05 （m，2H），1.79-1.71 （m，1H），1.17 （t，J=7.12 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.36，147.69，141.49，138.20，129.12，128.55，128.31，127.73，124.53，117.27，113.42，61.50，60.60，56.13，50.67，32.50，28.14，21.50，14.17.

3-（苯胺基）-2-（間甲苯基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4ac，淡黃色固體，29%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.14-7.00 （m，6H），6.69-6.49 （m，1H），6.48 （d，J=7.88 Hz，2H），4.13-4.08 （m，3H），3.78 （t，J=7.44 Hz，1H），3.42-3.36 （m，1H），2.36-2.28，（m，1H），2.32 （s，3H），2.26-2.19 （m，1H），2.07-1.98 （m，1H），1.92-1.83，（m，1H），1.24 （t，J=7.08 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 176.04，147.46，138.10，129.57，129.07，128.38，127.76，125.39，117.34，113.48，60.62，57.69，51.55，46.78，31.73，27.59，21.49，14.23.

2-（4-甲氧基苯基）-5-（苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3ad，淡黃色油狀液體，62%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.18 （d，J=8.72 Hz，2H），7.11 （t，J=8.04 Hz，2H），6.83 （d，J=8.6 Hz，2H），6.65 （t，J=7.28 Hz，1H），6.51 （d，J=7.84 Hz，2H），4.11-4.06 （m，2H），3.86-3.80 （m，1H），3.77 （s，3H），3.22 （t，J=8.04 Hz，1H），2.95-2.89 （m，1H），2.41-2.33 （m，1H），2.23-2.04 （m，2H），1.77-1.69 （m，1H），1.17 （t，J=7.12 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.37，158.55，147.76，133.37，129.15，128.50，117.30，114.10，113.38，61.45，60.60，55.44，55.26，50.71，32.38，27.88，14.20.

2-（4-甲氧基苯基）-3-（苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4ad，淡黃色固體，21%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.12-7.09 （m，4H），6.84 （d，J=8.6 Hz，2H），6.66 （t，J=7.28 Hz，1H），6.47 （d，J=7.88 Hz，2H），4.17-4.11 （m，2H），4.08-4.04 （m，1H），3.79 （s，3H），3.76-3.73 （m，1H），3.35-3.29 （m，1H），2.33-2.18 （m，2H），2.05-1.98 （m，1H），1.88-1.80 （m，1H），1.23 （t，J=7.12 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 176.05，147.47，130.45，129.56，129.08，117.33，113.92，113.43，60.63，57.67，55.24，50.92，47.12，31.73，27.52，14.22.

2-（4-乙基苯基）-5-（苯基胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3ae，淡黃色油狀液體，69%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.24-7.14 （m，6H），6.71 （t，J=7.28 Hz，1H），6.57 （d，J=7.72 Hz，2H），4.17-4.11 （m，2H），3.94-3.89 （m，1H），3.31 （t，J=8.6 Hz，1H），2.69-2.64 （m，2H），2.42-2.38 （m，1H），2.29-2.13 （m，2H），1.81-1.76 （m，1H），1.29-1.20 （m，6H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.48，147.78，142.89，138.71，129.19，128.23，127.48，117.31，113.44，61.52，60.66，55.78，50.66，32.48，30.65，28.50，19.27，15.58，14.24.

2-（4-乙基苯基）-3-（苯基胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4ae，淡黃色固體，23%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.15-7.01 （m，6H），6.66 （t，J=7.32 Hz，1H），6.48 （d，J=7.84 Hz，2H），4.17-4.08 （m，3H），3.78 （t，J=7.16 Hz，1H），3.40-3.34 （m，2H），2.66-2.60 （m，2H），2.35-2.16 （m，2H），2.06-1.97 （m，1H），1.91-1.82 （m，1H），1.25-1.21 （m，6H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 176.10，147.47，142.87，135.62，129.07，128.48，128.02，117.29，113.44，60.61，57.68，51.27，46.84，31.64，28.41，27.53，15.49，14.22.

2-（4-（叔丁基）苯基）-5-（苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3af，淡黃色油狀液體，67%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.35 （d，J=7.04 Hz，2H），7.24-7.16 （m，4H），6.70 （t，J=6.68 Hz，1H），6.57 （d，J=7.28 Hz，2H），4.14-4.13 （m，2H），3.92-3.90 （m，1H），3.32 （t，J=7.92 Hz，1H），3.05-2.99 （m，1H），2.41-2.15 （m，3H），1.50-1.49 （m，1H），1.34 （s，9H），1.21 （t，J=6.84 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.48，149.66，147.71，138.39，129.13，127.11，125.57，117.24，113.38，61.42，60.60，55.50，50.46，32.38，31.35，28.09，14.17.

2-（4-（叔丁基）苯基）-3-（苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4af，淡黃色固體，31%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.40 （d，J=7.92 Hz，2H），7.20 （t，J=8.52 Hz，4H），6.75 （t，J=7.04 Hz，1H），6.56 （d，J=8 Hz，2H），4.24-4.18 （m，3H），3.87 （t，J=7.2 Hz，1H），3.50-3.44 （m，1H），2.44-2.25 （m，2H），2.14-2.10 （m，1H），2.00-1.94 （m，1H），1.40 （s，9H），1.32 （t，J=7.08 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 176.14，149.75，147.49，135.34，129.07，128.21，125.43，117.30，113.47，60.61，57.70，51.18，46.75，34.43，31.59，31.33，27.56，14.22.

2-（苯基胺基）-5-（4-（三氟甲基）苯基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3ag，淡黃色油狀液體，63%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.60 （d，J=8.08 Hz，2H），7.43 （d，J=8.04 Hz，2H），7.15 （t，J=7.68 Hz，2H），6.72 （t，J=7.24 Hz，1H），6.53 （d，J=8.08 Hz，2H），4.17-4.11 （m，2H），4.00-3.95 （m，1H），3.38 （t，J=8.76 Hz，1H），3.05-2.99 （m，1H），2.47-2.40 （m，1H），2.33-2.15 （m，2H），1.85-1.75 （m，1H），1.22 （t，J=7.12 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 174.81，147.29，145.84，129.22，127.91，125.66，125.62，117.66，113.41，61.60，60.83，55.91，50.55，32.52，27.99，14.15.

3-（苯基胺基）-2-（4-（三氟甲基）苯基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4ag，淡黃色油狀液體，21%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.56 （d，J=8 Hz，2H），7.32 （t，J=7.52 Hz，2H），7.14 （t，J=7.76 Hz，2H），6.71 （t，J=7.4 Hz，1H），6.48 （d，J=8.16 Hz，2H），4.23-4.16 （m，3H），3.89 （t，J=7.32 Hz，1H），3.42-3.36 （m，1H），2.42-2.26 （m，2H），2.13-2.04 （m，1H），1.92-1.83 （m，1H），1.27 （t，J=7.12 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.50，146.97，143.12，129.14，128.99，125.25，125.22，117.64，113.31，60.85，57.82，51.27，47.19，31.96，27.30，14.18.

2-（4-氟苯基）-5-（苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3ah，淡黃色油狀液體，64%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.30-7.26 （m，2H），7.16 （t，J=7.52 Hz，2H），7.04 （t，J=8.64 Hz，2H），6.72 （t，J=7.28 Hz，1H），6.55 （d，J=8.2 Hz，2H），4.17-4.11 （m，2H），3.93-3.88 （m，1H），3.30 （t，J=8.04 Hz，1H），3.01-2.94 （m，1H），2.46-2.39 （m，1H），2.30-2.11 （m，2H），1.83-1.75 （m，1H），1.22 （t，J=7.12 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.06，163.05，147.52，137.12，129.17，129.01，117.46，115.39，113.36，61.55，60.68，55.49，50.73，32.38，27.82，14.16.

2-（4-氟苯基）-3-（苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4ah，淡黃色油狀液體，19%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.22-7.14 （m，4H），7.03 （t，J=8.68 Hz，2H），6.72 （t，J=7.4 Hz，1H），6.50 （d，J=7.8 Hz，2H），4.22-4.15 （m，3H），3.83 （t，J=7.56 Hz，1H），3.39-3.33 （m，1H），2.39-2.25 （m，2H），2.12-2.05 （m，1H），1.93-1.86 （m，1H），1.28 （t，J=7.12 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.75，163.01，147.22，134.39，130.12，129.11，117.49，115.37，115.16，113.34，60.73，57.69，50.93，47.38，27.40，14.20.

2-（4-氯苯基）-5-（苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3ai，淡黃色油狀液體，63%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.32-7.23 （m，4H），7.15 （t，J=7.52 Hz，2H），6.71 （t，J=7.28 Hz，1H），6.54 （d，J=7.76 Hz，2H），4.16-4.10 （m，2H），3.93-3.87 （m，1H），3.28 （t，J=8.76 Hz，1H），2.99-2.93 （m，1H），2.46-2.37 （m，1H），2.29-2.10 （m，2H），1.82-1.74 （m，1H），1.22 （t，J=7.12 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 174.96，147.44，140.05，130.93，129.19，128.88，128.82，117.52，113.38，60.73，55.55，50.62，32.44，27.89，19.19，14.17.

2-（4-氯苯基）-3-（苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4ai，淡黃色油狀液體，16%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.31 （d，J=8.04 Hz，2H），7.19-7.15 （m，4H），6.73 （t，J=7.32 Hz，1H），6.51 （d，J=7.84 Hz，2H），4.23-4.17 （m，3H），3.82 （t，J=7.24 Hz，1H），3.39-3.33 （m，1H），2.41-2.25 （m，2H），2.13-2.05 （m，1H），1.93-1.83 （m，1H），1.29 （t，J=7.12 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.67，147.15，137.30，132.73，129.97，129.14，128.54，117.54，113.35，60.78，57.70，50.93，47.23，31.88，27.35，14.22.

2-（4-溴苯基）-5-（苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3aj，淡黃色油狀液體，67%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.40 （d，J=7.64 Hz，2H），7.13-7.08 （m，4H），6.65 （t，J=7.2 Hz，1H），6.48 （d，J=7.84 Hz，2H），4.10-4.04 （m，2H），3.87-3.81 （m，1H），3.21 （t，J=8.76 Hz，1H），2.93-2.87 （m，1H），2.40-2.31 （m，1H），2.21-2.07 （m，2H），1.76-1.68 （m，1H），1.16 （t，J=6.88 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 174.95，147.42，140.60，131.76，129.27，129.19，120.73，117.53，113.38，61.47，60.75，55.59，50.57，32.45，27.91，14.17.

2-（4-溴苯基）-3-（苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4aj，淡黃色固體，27%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.37 （t，J=7.36 Hz，2H），7.32-7.28 （m，3H），7.16 （t，J=7.44 Hz，1H），6.99 （d，J=7.24 Hz，1H），6.70-6.67 （m，2H），4.23-4.14 （m，3H），3.91 （t，J=7.12 Hz，1H），3.56-3.56 （m，1H），2.44-2.30 （m，2H），2.16-2.08 （m，1H），2.01-1.94 （m，1H），1.28 （t，J=7.12 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.89，145.43，138.46，129.95，128.64，128.49，122.64，116.96，110.37，60.66，57.67，52.08，46.76，32.09，27.98，14.24.

2-（（4-乙基苯基）胺基）-5-苯基環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3ba，淡黃色油狀液體，68%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.38-7.28 （m，5H），7.02 （d，J=8.04 Hz，2H），6.53 （d，J=8.36 Hz，2H），4.17-4.12 （m，2H），3.95-3.90 （m，1H），3.34 （t，J=8.52 Hz，1H），3.07-3.00 （m，1H），2.60-2.54 （m，2H），2.48-2.39 （m，1H），2.29-2.15 （m，2H），1.86-1.76 （m，1H），1.25-1.21 （m，6H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.31，145.62，141.59，133.23，128.67，128.47，127.55，126.91，113.55，61.81，60.60，56.15，50.65，32.56，28.07，27.89，15.97，14.17.

3-（（4-乙基苯基）胺基）-2-苯基環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4ba，淡黃色固體，28%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.37-7.30 （m，5H），7.01 （d，J=8.24 Hz，2H），6.47 （d，J=8.32 Hz，2H），4.22-4.11 （m，3H），3.85 （t，J=7.24 Hz，1H），3.48-3.42 （m，1H），2.60-2.54 （m，2H），2.40-2.23 （m，2H），1.98-1.89 （m，1H），1.83-1.76 （m，1H），1.32-1.21 （m，6H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 176.04，145.35，138.56，130.94，128.58，128.51，128.40，126.95，113.56，60.62，58.05，51.83，46.75，31.81，27.90，19.21，15.99，14.22.

2-苯基-5-（鄰甲苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3ca，淡黃色油狀液體，70%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.40-7.33 （m，5H），7.17-7.10 （m，2H），6.72 （t，J=7.04 Hz，1H），6.60 （d，J=7.72 Hz，2H），4.21-4.17 （m，2H），4.01-3.96 （m，1H），3.45 （t，J=7.84 Hz，1H），3.17-3.10 （m，1H），2.54-2.48 （m，1H），2.35-2.25 （m，2H），2.16 （s，3H），1.91-1.83 （m，1H），1.27 （t，J=7.04 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.64，147.12，137.84，131.46，130.92，130.33，129.13，128.84，120.83，117.53，113.34，60.78，57.64，50.94，47.16，31.85，27.32，17.50，14.21.

2-苯基-3-（鄰甲苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4ca，淡黃色油狀液體，25%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.35-7.29 （m，5H），7.13-7.06，（m，2H），6.68 （t，J=7.24 Hz，1H），7.07 （d，J=7.52 Hz，2H），4.16-4.14 （m，2H），3.95-3.93 （m，1H），3.40 （t，J=7.92 Hz，1H），3.12-3.06 （m，1H），2.48-2.46 （m，2H），2.12 （s，3H），1.83-1.75 （m，2H），1.52-1.50 （m，1H），1.23 （t，J=7.28 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.40，145.68，141.54，130.95，130.09，128.78，127.50，126.99，122.23，116.92，110.58，61.72，60.65，56.34，50.35，32.71，28.18，17.51，14.18.

2-苯基-5-（間甲苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3da，淡黃色油狀液體，56%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.36-7.29 （m，5H），7.06 （t，J=7.56 Hz，1H），6.54 （d，J=7.28 Hz，1H），6.39 （d，J=7.12 Hz，2H），4.17-4.12 （m，2H），3.97-3.91 （m，1H），3.33 （t，J=8.4 Hz，1H），3.07-3.01 （m，1H），2.46-2.40 （m，1H），2.27 （s，3H），2.24-2.11 （m，2H），1.85-1.77 （m，1H），1.22 （t，J=7.04 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.32，147.69，141.64，138.92，129.03，128.68，127.56，126.93，118.24，114.19，110.51，61.57，60.63，56.24，50.69，32.60，28.09，21.59，14.18.

2-苯基-3-（間甲苯胺基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4da，淡黃色油狀液體，41%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.37-7.27 （m，5H），7.07 （t，J=7.08 Hz，1H），6.56 （d，J=7.12 Hz，1H），6.35-6.33 （m，2H），4.22-4.18 （m，3H），3.87 （t，J=6.68 Hz，1H），3.46-3.42 （m，1H），2.39-2.35 （m，2H），2.30 （s，3H），2.12-2.07 （m，1H），1.95-1.93 （m，1H），1.30 （t，J=6.88 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 176.01，147.45，138.84，130.96，128.98，128.61，128.54，126.98，118.32，114.24，110.50，60.66，57.79，51.78，46.86，31.87，27.59，21.61，14.24.

2-（（3-氯苯基）胺基）-5-苯基環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3ea，淡黃色油狀液體，55%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.35-7.30 （m，5H），7.03 （t，J=7.56 Hz，1H），6.69-6.63 （m，1H），6.50 （s，1H），6.39 （d，J=7.96 Hz，1H），4.14-4.12 （m，2H），3.92-3.89 （m，1H），3.30 （t，J=7.72 Hz，1H），3.04-3.02 （m，1H），2.41-2.09 （m，3H），1.78-1.77 （m，1H），1.20 （t，J=6.84 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.24，148.72，141.27，134.89，130.04，128.76，127.46，127.08，117.08，112.84，111.69，61.44，60.70，56.15，50.53，32.30，27.99，14.15.

3-（（3-氯苯基）胺基）-2-苯基環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4ea，淡黃色固體，27%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.34-7.30 （m，5H），7.02 （t，J=6.8 Hz，1H），6.65 （d，J=7.6 Hz，1H），6.46 （s，1H），6.34 （d，J=7.88 Hz，1H），4.19-4.12 （m，3H），3.84 （t，J=7.88 Hz，1H），3.45-3.38 （m，1H），2.36-2.27 （m，2H），2.09-2.04 （m，1H），1.88-1.87 （m，1H），1.27 （t，J=7.04 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.76，148.51，138.38，134.81，130.01，128.59，128.56，127.12，117.16，112.97，111.61，60.73，57.55，51.47，47.02，31.74，27.50，14.21.

2-（（4-氯苯基）胺基）-5-苯基環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（3fa，淡黃色油狀液體，75%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.35-7.30 （m，5H），7.08 （d，J=7.48 Hz，2H），6.46 （d，J=7.76 Hz，2H），4.14-4.13 （m，2H），3.97-3.89 （m，1H），3.31 （t，J=7.84 Hz，1H），3.04-3.02 （m，1H），2.40-2.11 （m，3H），1.51-1.49 （m，1H），1.21 （t，J=7.24 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.25，146.13，141.46，128.90，128.74，127.45，127.02，114.43，61.74，60.67，56.17，50.63，32.34，28.00，14.14.

3-（（4-氯苯基）胺基）-2-苯基環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯（4fa，淡黃色固體，23%）：¹H NMR （400 MHz，CDCl₃） δ 7.31-7.05 （m，8H），6.39 （d，J=7.88 Hz，1H），4.17-4.10 （m，3H），3.82 （t，J=7.04 Hz，1H），3.38-3.36 （m，1H），2.34-2.25 （m，2H），2.07-2.02 （m，1H），1.83-1.73 （m，1H），1.25 （t，J=7.24 Hz，3H）.¹³C NMR （100 MHz，CDCl₃）：δ 175.85，145.94，138.53，128.86，128.58，128.52，127.04，114.41，60.70，57.79，51.31，47.10，31.68，27.42，14.20.

2結果與討論

2.1條件優(yōu)化

在文獻調研基礎上，本文以環(huán)丙苯胺和肉桂酸乙酯為模板底物，通過對光催化劑和溶劑的篩選對反應條件進行優(yōu)化，如圖3和表1所示.

首先，對Ru（bpy）₃Cl₂·6H₂O，Ru（bpy）₃·2PF₆，以及Eosin Y等光催化劑進行了考察，實驗結果表明，4CzIPN的催化效果較好，不僅以較高的收率（3aa收率：57%）得到目標產物，同時，使得產物同分異構體的收率比例提高至2.2∶1.

在1～8條目對光催化劑的選擇中，以4CzIPN的催化效果最好（3aa收率為57%），因此本文在該催化劑的參與下，又考察了常見有機溶劑對反應結果的影響.本文使用了甲醇、乙醇、TFE、DMC、甲苯等作為溶劑（條目9～17）發(fā)現(xiàn)，醇類溶劑會使反應產率進一步提高，特別是使用甲醇作溶劑時，反應以78%的產率得到了3aa，且其同分異構體4aa較少.使用甲醇作為溶劑，本文重新考察了過度金屬催化劑［Ir（dtb-bpy）（ppy）2］PF6的催化能力，結果顯示與4CzIPN相比，產率并沒有較大提升.最終，本文確定了最優(yōu)反應條件為：1a（0.2 mmol），2a（0.1 mmol），4CzIPN（2 mol%），以甲醇（2 mL）為溶劑在20 W藍光照射下，常溫反應12 h.

為確定其同分異構體3aa和4aa的結構，本文利用結晶度最好的4af對其結構進行確認，其結果如圖4和表2所示.表2所示的精修參數的處理方法為：對4af進行重結晶操作，在室溫下，將4af的晶體置于顯微鏡下，選取形狀規(guī)則透亮，尺寸適用的單晶，放置于X-射線衍射儀上，石墨單色器單色純化的Mo-Kα射線照射后，掃描該物質，收集單晶衍射數據，所收集的數據運用SAINT程序進行數據修整還原，然后利用SHELXL-2014程序解析初始結構，異性精修非氫原子，同性精修氫原子，骨架結構中的氫原子位置確定則全部利用理論加氫的方式進行.

2.2底物適用性考察

在最優(yōu)條件下，本文對反應的底物適用性進行了考察，其結果如圖5所示.實驗結果表明，該反應對吸電子和給電子基團都表現(xiàn)出了較好的耐受性.當在肉桂酸酯的芳環(huán)對位上引入強給電子基團甲氧基（如：3ad）時，仍然以62%的收率得到了產物，其他弱給電子基團，例如甲基（3ab），乙基（3ae），叔丁基（3af）都取得了67%～81%的良好收率.當吸電子基團肉桂酸酯芳環(huán)對位上出現(xiàn)時，例如三氟甲基（3ag），氟原子（3ah），收率為63%～64%，略有降低但仍然平穩(wěn)，當鹵素氯原子（3ai）、溴原子（3aj）取代了苯環(huán)對位氫時，仍然以63%～75%的良好收率結束.當吸電子基團甲基取代在苯環(huán)對位（3ab）、間位（3ac，）時，對反應也沒有太大影響，也取得63%～81%的收率，當CPA芳環(huán)對位上取代吸電子基團乙基（3ba）、鹵素氯原子（3fa），其鄰位取代吸電子基團甲基（3ca）時，其產生自由基的效用仍未受到影響，以68%、75%和70%的良好收率結束，但是當CPA的間位上取代吸電子基團（3da）、鹵素氯原子（3ea）時，收率降低到55%～56%.總體來看，該反應能適應大部分底物，均能取得較好收率.

2.3控制實驗與可能性反應機理

為探究其可能的反應機理，本文分別設置了兩組空白對照實驗，其結果如圖6所示.在無催化劑或無光照，且其他條件不變的條件下進行反應，反應中幾乎沒有產物生成，表明此反應光照和光催化劑不可或缺.另外，在標準條件下，向反應中加入TEMPO試劑（0.3 mmol）時，反應中并無產物產生，說明該反應可能經由自由基過程.

鑒于空白對照結果和對相關文獻的研究，猜想其可能的反應機理如下：光催化劑（PC）在受到可見光照射時，躍升為激發(fā)態(tài)光催化劑（PC*），而激發(fā)態(tài)光催化劑（PC*）可以參與雙分子電子轉移或在分子中輕松捕獲一個電子，進而被還原為（PC-），其環(huán)丙氨類原料則失去一個電子，誘導其三圓環(huán)斷裂形成胺基陽離子自由基，其胺基陽離子自由基進攻肉桂酸類原料中sp2碳原子，誘導其雙鍵斷裂，再進一步關環(huán)，形成環(huán)戊烷類衍生物，如圖7所示.

3結論

本文開發(fā)了一種利用光催化劑自由基環(huán)化合成2-苯基-3-（苯基氨基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯衍生物的新方法，利用該方法均以較好的收率及位置選擇性得到了18種2-苯基-3-（苯基氨基）環(huán)戊烷-1-羧酸乙酯衍生物及其同分異構體.該策略反應條件溫和，使用有機非金屬光催化劑代替了昂貴的過渡金屬催化劑，大大提升經濟效益，為環(huán)戊烷類化合物的合成提供了新的途徑，同時也為光誘導催化的自由基加成環(huán)化反應提供了新的思路.

參考文獻

［1］ Dow N W，Cabre A，Mac Millan D W C.A general N-alkylation platform via copper metallaphotoredox and silyl radical activation of alkyl halides［J］.Chem.，2021，7（7）：1 827-1 842.

［2］ Dong Z，Mac Millan D W C.Metallaphotoredox-enabled deoxygenative arylation of alcohols［J］.Nature，2021，598：451-456.

［3］ Li B X，Kim D K，Bloom S，et al.Site-selective tyrosine bioconjugation via photoredox catalysis for native-to-bioorthogonal protein transformation［J］.Nature Chemistry，2021，13：902-908.

［4］ Sarver P J，Bissonnette N B，Mac Millan D W C.Decatungstate-catalyzed C（sp（3））-H sulfinylation：Rapid access to diverse organosulfur functionality［J］.Journal of the American Chemical Society，2021，143（26）：9 737-9 743.

［5］ Huang H M，Bellotti P，Chen P P，et al.Allylic C（sp3）-H arylation of olefins via ternary catalysis［J］.Nature Synthesis，2022，1：59-68.

［6］ Paulisch T O，Mai L A，Strieth Kalthoff F，et al.Dynamic kinetic sensitization of beta-dicarbonyl compounds-access to medium-sized rings by de mayo-type ring expansion［J］.Angewandte Chemie （International Edition in English），2022，61（5）：e202 112 695.

［7］ Cembellin S，Maisuls I，Daniliuc C G，et al.One-step synthesis of indolizino［3，4，5-ab］isoindoles by manganese（I）-catalyzed C-H activation：Structural studies and photophysical properties［J］.Organic & Biomolecular Chemistry，2022，20：796-800.

［8］ Ye J H，Bellotti P，Heusel C，et al.Photoredox-catalyzed defluorinative functionalizations of polyfluorinated aliphatic amides and esters［J］.Angewandte Chemie （International Edition in English），2022，61（9）：e202 115 456.

［9］ Bellotti P，Koy M，Hopkinson M N，et al.Recent advances in the chemistry and applications of N-heterocyclic carbenes［J］.Nature Reviews Chemistry，2021，5：711-725.

［10］ Reed N L，Lutovsky G A，Yoon T P.Copper-mediated radical-polar crossover enables photocatalytic oxidative functionalization of sterically bulky alkenes［J］.Journal of the American Chemical Society，2021，143（16）：6 065-6 070.

［11］ Li Q Y，Gockel S N，Lutovsky G A，et al.Decarboxylative cross-nucleophile coupling via ligand-to-metal charge transfer photoexcitation of Cu（II） carboxylates［J］.Nature Chemistry，2022，14：94-99.

［12］ Zheng J，Dong X，Yoon T P.Divergent photocatalytic reactions of alpha-ketoesters under triplet sensitization and photoredox conditions［J］.Organic Letters，2020，22（16）：6 520-6 525.

［13］ Dong X，Li Q Y，Yoon T P.Enantioselective synthesis of gamma-oxycarbonyl motifs by conjugate addition of photogenerated alpha-alkoxy radicals［J］.Organic Letters，2021，23（15）：5 703-5 708.

［14］ Gravatt C S，Melecio Zambrano L，Yoon T P.Olefin-supported cationic copper catalysts for photochemical synthesis of structurally complex cyclobutanes［J］.Angewandte Chemie （International Edition in English），2021，60（8）：3 989-3 993.

［15］ Amador A G，Sherbrook E M，Yoon T P.A redox auxiliary strategy for pyrrolidine synthesis via photocatalytic ［3+2］ cycloaddition［J］.Asian Journal of Organic Chemistry，2019，8（7）：978-985.

［16］ Reed N L，Herman M I，Miltchev V P，et al.Tandem copper and photoredox catalysis in photocatalytic alkene difunctionalization reactions［J］ Beilstein Journal of Organic Chemistry，2019，15：351-356.

［17］ Daub M E，Jung H，Lee B J，et al.Enantioselective ［2+2］ cycloadditions of cinnamate esters：Generalizing lewis acid catalysis of triplet energy transfer［J］.Journal of the American Chemical Society，2019，141（24）：9 543-9 547.

［18］ Doulcet J，Stephenson G R.Novel asymmetric formylation of aromatic compounds：enantioselective synthesis of formyl 7，8-dipropyltetrathia ［7］ helicenes［J］.Chemistry，2015，21（38）：13 431-13 436.

［19］ Stephenson G，Bulman Page P，Harvey J，et al.Ruthenium-free preparation of 1，5-disubstituted triazoles by alkylative debenzylation of 1，4-disubstituted triazoles［J］.Synlett，2016，27（17）：2 500-2 504.

［20］ Maity S，Zhu M，Shinabery R S，et al.Intermolecular ［3+2］ cycloaddition of cyclopropylamines with olefins by visible-light photocatalysis［J］.Angewandte Chemie （International Edition in English），2012，51：226-230.

［21］ Hu J，Wang J，Nguyen T H，et al.The chemistry of amine radical cations produced by visible light photoredox catalysis［J］.Beilstein Journal of Organic Chemistry，2013，9：1 977-2 001.

［22］ Nguyen T H，Maity S，Zheng N.Visible light mediated intermolecular ［3+2］ annulation of cyclopropylanilines with alkynes［J］.Beilstein Journal of Organic Chemistry，2014，10：975-980.

［23］ Cai Y，Wang J，Zhang Y，et al.Detection of fleeting amine radical cations and elucidation of chain processes in visible-light-mediated ［3+2］ annulation by online mass spectrometric techniques［J］.Journal of the American Chemical Society，2017，139（35）：12 259-12 266.

［24］ Kuang Y，Ning Y，Zhu J，et al.Dirhodium（II）-catalyzed （3+2） cycloaddition of the N-arylaminocyclopropane with alkene derivatives［J］.Organic Letters，2018，20（9）：2 693-2 697.

【責任編輯：陳佳】