名古屋大學多變生物分子研究所及研究生院工學研究科的大井貴史教授、大松亨介特任副教授（現任慶應義塾大學理工學部教授）、鈴木隆平博士、博士生安藤大雅、研究留學生Fritz Deufel等組成的研究團隊，利用在合成化學領域使用歷史已達70年以上的反應劑「磷偶極體（phosphorous ylide）」，實施了在一個燒瓶中一次性偶聯三種以上化合物的新化學反應。相關成果已發表在期刊《Nature Synthesis》的電子版上。
圖1 由三種化合物製備環狀分子的反應（供圖：名古屋大學）
在常規化學反應中，通常是兩種化合物反應生成新的化合物。因爲如果將三種化合物一次性合成，會產生許多副產物。
爲解決這一問題，研究團隊設計了一種將具有與特定原子團反應性質的分子與利用發光能量僅可使單個電子進出的觸媒相結合的策略。透過利用作爲反應受質的分子取出電子後生成的自由基離子的性質與返回電子時的性質之間的差異，可以使3種及以上的化合物發生化學選擇性的偶聯。反應受質使用了磷偶極體。
「磷偶極體」是對在相鄰位置具有帶正電荷的磷原子（P）和帶負電荷的碳原子（C）的分子的總稱。已知當磷偶極體與具有C=O排列的羰基化合物混合時，會生成具有C=C排列的烯烴。該反應被稱爲「威悌反應」，一直以來被廣泛應用於天然產品和藥物的合成。
磷偶極體中帶負電荷的碳具有富電子性，會與羰基化合物中缺電子的碳發生選擇性的偶聯。而當從磷偶極體中提取一個電子使其轉化爲自由基陽離子時，原本富電子的碳變爲缺電子、會與富電子的化合物發生選擇性的偶聯。而且，在自由基陽離子與富電子化合物之間的化學鍵形成後，磷偶極體的C-P鍵將保持原樣不發生反應。因此可以認爲，如果能使C-P鍵與羰基化合物的反應持續發生，則磷偶極體、富電子化合物、羰基化合物這三種成分的偶合反應便會化學選擇性地進行。
研究團隊透過利用將發光能量轉化爲化學反應能量的光氧化還原催化反應，成功開發了一種將磷偶極體與多種化合物按照預期進行偶聯的新反應。研究發現，在藍色LED照射條件下、當適當的光氧化還原觸媒在低溫下發生作用時，從磷偶極體中提取一個電子而生成的自由基陽離子與富電子烯烴發生了偶聯。此外，研究人員透過使用具有C=C-C=O排列的羰基化合物作爲受質的第三種成分，成功地一舉製備了結構複雜的環狀化合物。並且，透過改變受質的組合，他們還實施了將四種化合物按照預期進行偶聯的化學反應。
本次研究提升了研究歷史已達70年以上的磷偶極體的反應性，實施了一次到位且按照預期偶聯三種以上的化合物、簡便製備複雜分子的反應。這種方法可以迅速提供由多種化合物組成的化合物庫，有望大幅加速探索新藥候選物的研究。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature Synthesis
論文：Photocatalytic carbyne reactivity of phosphorus ylides for three-component formal cycloaddition reactions
DOI：10.1038/s44160-024-00612-7
