名古屋大学多变生物分子研究所及研究生院工学研究科的大井贵史教授、大松亨介特任副教授（现任庆应义塾大学理工学部教授）、铃木隆平博士、博士生安藤大雅、研究留学生Fritz Deufel等组成的研究团队，利用在合成化学领域使用历史已达70年以上的反应剂“磷叶立德（phosphorous ylide）”，实现了在一个烧瓶中一次性偶联三种以上化合物的新化学反应。相关成果已发表在期刊《Nature Synthesis》的电子版上。
图1 由三种化合物制备环状分子的反应（供图：名古屋大学）
在常规化学反应中，通常是两种化合物反应生成新的化合物。因为如果将三种化合物一次性合成，会产生许多副产物。
为解决这一问题，研究团队设计了一种将具有与特定原子团反应性质的分子与利用光能仅可使单个电子进出的催化剂相结合的策略。通过利用作为反应底物的分子取出电子后生成的自由基离子的性质与返回电子时的性质之间的差异，可以使3种及以上的化合物发生化学选择性的偶联。反应底物使用了磷叶立德。
“磷叶立德”是对在相邻位置具有带正电荷的磷原子（P）和带负电荷的碳原子（C）的分子的总称。已知当磷叶立德与具有C=O排列的羰基化合物混合时，会生成具有C=C排列的烯烃。该反应被称为“维蒂希反应”，一直以来被广泛应用于天然产品和药品的合成。
磷叶立德中带负电荷的碳具有富电子性，会与羰基化合物中缺电子的碳发生选择性的偶联。而当从磷叶立德中提取一个电子使其转化为自由基阳离子时，原本富电子的碳变为缺电子、会与富电子的化合物发生选择性的偶联。而且，在自由基阳离子与富电子化合物之间的化学键形成后，磷叶立德的C-P键将保持原样不发生反应。因此可以认为，如果能使C-P键与羰基化合物的反应持续发生，则磷叶立德、富电子化合物、羰基化合物这三种成分的偶联反应便会化学选择性地进行。
研究团队通过利用将光能转化为化学反应能量的光氧化还原催化反应，成功开发了一种将磷叶立德与多种化合物按照预期进行偶联的新反应。研究发现，在蓝色LED照射条件下、当适当的光氧化还原催化剂在低温下发生作用时，从磷叶立德中提取一个电子而生成的自由基阳离子与富电子烯烃发生了偶联。此外，研究人员通过使用具有C=C-C=O排列的羰基化合物作为底物的第三种成分，成功地一举制备了结构复杂的环状化合物。并且，通过改变底物的组合，他们还实现了将四种化合物按照预期进行偶联的化学反应。
本次研究提升了研究历史已达70年以上的磷叶立德的反应性，实现了一次到位且按照预期偶联三种以上的化合物、简便制备复杂分子的反应。这种方法可以迅速提供由多种化合物组成的化合物库，有望大幅加速探索新药候选物的研究。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature Synthesis
论文：Photocatalytic carbyne reactivity of phosphorus ylides for three-component formal cycloaddition reactions
DOI：10.1038/s44160-024-00612-7
