單個碳原子上三價化學鍵的斷裂可以生成具有自由基和卡賓反應活性的卡拜（Fig. 1a）。且該過程可以在一次反應操作中依次形成三根新的共價鍵，由此可以快速增加分子的復雜性。然而，由于這些極具活性的卡拜物種的產(chǎn)生和控制較為困難，因此到目前為止卡拜及其等價物的轉(zhuǎn)化過程僅取得了有限的成功。現(xiàn)存的解決策略通常依賴于使用α-重氮離子(Y⁺C(=N₂)Z;Y = I(III)，R₂S等，Z = 碳取代基)，它們天生具有形成三根化學鍵的能力（Fig. 1b）。此外，新加坡南洋理工大學劉學偉課題組報道了單取代磷葉立德經(jīng)歷光氧化還原介導的C-H斷裂形成葉立德自由基，其可以與烯烴進行自由基加成，隨后與Hantzsch酯反應生成單烷基化產(chǎn)物（Fig. 1c）。這一反應過程證明了在光氧化還原催化下，利用磷葉立德的自由基反應性來實現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)的效果。然而，它們潛在的卡拜反應性，包括自由基和卡拜類型的反應性，還未得到充分利用。最近，日本名古屋大學Kohsuke Ohmatsu和Takashi Ooi課題組發(fā)展了光催化磷葉立德的單電子氧化過程，實現(xiàn)了與富電子烯烴和α，β-不飽和羰基化合物的連續(xù)加成，形成了一系列官能團化的六元碳環(huán)（Fig. 1d）。化學加——科學家創(chuàng)業(yè)合伙人，歡迎下載化學加APP關注。

（圖片來源：Nat. Synth.）

由于磷葉立德自身會與不飽和醛發(fā)生親核加成，形成Wittig反應產(chǎn)物或Michael加合物，因此與富電子烯烴和高活性醛(如丙烯醛)的自由基-極性交叉反應具有一定的挑戰(zhàn)性。因此，作者選擇磷葉立德1a、叔丁基乙烯基醚和丙烯醛作為模板底物（Fig. 2）。由于1a的氧化電位為0.88 V，因此其在合適的激發(fā)態(tài)光催化劑存在下，可以很容易地通過單電子轉(zhuǎn)移過程生成相應的自由基陽離子RC。作者認為RC具有足夠的親電性，可以與富電子的乙烯基醚反應，形成瞬態(tài)的親核自由基中間體Int1-RC。隨后將該自由基與丙烯醛進行共軛加成，得到α-甲酰基自由基中間體Int2-RC。由于與飽和甘汞電極相比，該物種的還原電位通常估計為-0.70 V，因此Int2-RC可以很容易地被PC的自由基陰離子還原為烯醇Int3。最后，通過與Int3的質(zhì)子轉(zhuǎn)移以及與Int4的分子內(nèi)Wittig過程生成環(huán)加合物2a。

（圖片來源：Nat. Synth.）

隨后，作者對反應進行了嘗試以及條件優(yōu)化（Table 1）。實驗結(jié)果表明，當使用1a（1.0 equiv），叔丁基乙烯基醚（1.0 equiv），丙烯醛（1.0 equiv），PC（3 mol%），在乙腈中，藍光照射下，- 20 ^oC下反應15小時，可以以82%的核磁產(chǎn)率得到環(huán)加成產(chǎn)物2a（entry 6）。

（圖片來源：Nat. Synth.）

在得到了最有反應條件后，作者進行了底物范圍考察（Fig. 3）。實驗結(jié)果表明，一系列酯基取代的葉立德、酮和氰基取代的葉立德均可順利參與反應，以59-84%的產(chǎn)率得到相應的環(huán)加合物2a-2g。此外，一系列不同的富電子烯烴，如烷基烯基醚、醛衍生的烯醇硅醚等均可實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，以40-88%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物2h-2w。值得注意的是，不飽和羰基化合物如烯基酮、丙烯醛類似物也可作為合適的偶聯(lián)配偶體，以32-72%的產(chǎn)率得到相應的產(chǎn)物2x-2z, 2Aa-2Ac。

（圖片來源：Nat. Synth.）

為了深入理解反應機理，作者進行了控制實驗。方波伏安測量和Stern-Volmer淬滅實驗表明，形式環(huán)加成過程是由激發(fā)態(tài)為4CzIPN與磷葉立德的單電子氧化觸發(fā)的。為了從產(chǎn)生的自由基陽離子中更深入地了解反應途徑，作者進行了DFT計算。如Fig. 4所示，RC (TS1-RC)與叔丁基乙烯基醚的加成過程很容易進行，而其通過去質(zhì)子化生成葉立德自由基作為卡拜等價物(CE)似乎在能量上是不利的，且隨后CE與叔丁基乙烯基醚的自由基加成則遇到了更高的能壘。此外，預估的pKa值表明，RC到CE的去質(zhì)子化途徑不太可能，因為RC的酸性遠低于磷葉立德的共軛酸(1a·H)。隨后丙烯醛與α-氧烷基自由基(Int1-CE和Int1-RC)加成得到的α-甲酰基烷基自由基(Int2-CE和Int2-RC)在熱力學上表現(xiàn)出相似的能量過程。這兩種途徑通過單電子還原以及質(zhì)子化或質(zhì)子轉(zhuǎn)移，得到官能團化的磷葉立德并經(jīng)歷了分子內(nèi)Wittig反應。計算和實驗研究表明，六元碳環(huán)的形成依賴于磷葉立德衍生的自由基陽離子的連續(xù)自由基加成和連續(xù)的極性關環(huán)過程。

（圖片來源：Nat. Synth.）

最后，作者進一步研究了一鍋法四組分偶聯(lián)反應的可能性（Fig. 5）。將磷葉立德1a、叔丁基乙烯基醚、丙烯酸甲酯以及催化量為4CzIPN的混合物置于乙腈中，在-20 ^oC的藍光照射下組裝成相應的雙官能團化葉立德。隨后加入多聚甲醛并在100 ^oC下進行微波照射，可以以72%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物3a。盡管使用其他的醛，如苯甲醛作為第四組分反應時阻礙了其與中間體取代的葉立德化合物成鍵，但該策略可以適用于與不同的葉立德和烯烴偶聯(lián)配偶體的偶聯(lián)，說明了此轉(zhuǎn)化在快速構(gòu)建復雜分子骨架方面的顯著特點，否則這些結(jié)構(gòu)很難從現(xiàn)有的起始原料中獲得。

（圖片來源：Nat. Synth.）