先简要介绍一下Tehshik P. Yoon教授：他于1992-1996年在哈佛大学读本科，导师David A. Evans教授，1996-1998年在加州理工学院读硕士，导师Erick M. Carreira，1998-2000年在加州大学伯克利分校、2000-2002年在加州理工学院读博士，导师David W. C. MacMillan，2002-2005年在哈佛大学做博士后，导师Eric N. Jacobsen。可以看出，Tehshik P. Yoon教授一路走来都是名师大咖指导，2005年开始在威斯康星大学麦迪逊分校独立开展工作，主要研究方向是敞口反应体系中有机反应中间体（如杂原子自由基、烯烃自由基离子、激发的有机三线态等）在合成中的应用，尤其是在光反应领域做出了许多卓越的贡献。浙江大学化学系的青年千人陆展研究员就曾经在Tehshik P. Yoon教授课题组做过博士后。

Yoon 教授 图片来源：Yoon 教授课题组主页

接下来欣赏一下这篇Science文章，如图1A所示，2013年，Bach等人报道了在手性催化剂1作用下、光催化的不对称分子内烯酮和烯烃的[2+2]环加成反应，产率84%，ee值可以达到88%（Science, 2013, 342, 840）。但该反应底物仅适用于环烯酮类底物，而普通的烯酮底物反应效果不理想。基于前人的工作，Tehshik P. Yoon教授设想通过Lewis算的活化，在光照条件下激发到三线态，从而实现普通的烯酮与烯烃的[2+2]环加成反应（图1B）。

图 1 前人的工作及作者的设想

如图2所示，作者以苯基取代的烯酮化合物2和2,3-二甲基丁二烯3为底物进行了反应条件的筛选和优化，最终得到反应的最优条件是：使用Ru(bpy)₃(PF₆)₂作光敏剂，(S,S)-t-Bu-PyBox 8作配体，Sc(OTf)₃作Lewis酸，i-PrOAc:MeCN (3:1)作混合溶剂，室温反应，能以89%的收率和93%的ee值得到[2+2]环加成产物4(entry 12)。

图 2 反应条件的筛选和优化

接下来是底物的扩展，在最佳反应条件下，作者对不同取代的烯酮和1,3-丁二烯类底物进行了考察（图 3），可以看出，当芳环上带有Cl、Br、OMe、OH或者呋喃等取代基时都可以兼容，不同的二烯（17,18,19）也都可以很好地发生反应。12个底物都产率良好，对应选择性优良。 

图 3 底物的扩展

为了更好地理解反应机理，作者设计了一系列对照实验（图 4）。当采用缺电子的光敏剂20代替之前的光敏剂8  Ru(bpy)₃(PF₆)₂时，仍然能以67%的收率和94%的ee值得到环化产物4，从而排除了先对烯酮进行光还原的历程（图4A）。当选用单电子还原剂如SmI₂、Cp₂Co、Li(naph)、TDAE或单电子氧化剂如CAN、K₃Fe(CN)₆、Fe(acac)₃、Mn(OAc)₃和Sc(OTf)₃搭配时，反应不能发生（图 4B）。当使用二苯乙二酮21代替Ru(bpy)₃(PF₆)₂时，反应仍然可以45%的收率和89%的ee值得到环化产物4，但反应速率变慢（图4C）。综合以上结果，作者认为反应很可能是经Lewis酸催化的三线态能量转移的过程。

图 4 对照实验

作者还通过计算化学和实验方法研究了Lewis酸与底物作用降低三线态能量的具体过程（图5）。当底物未与Sc(OTf)₃作用时，基态（S0）与第一激发三重态（T1）的能量差高达51 kcal/mol（计算值），54 kcal/mol（实验值），而配位后能量差降至32 kcal/mol（计算值），33 kcal/mol（实验值），降低了21 kcal/mol（54 kcal/mol vs 33 kcal/mol, 图5A）。作者还进一步研究了三线态能量的近红外光谱性质，不加入Sc(OTf)₃时，即使在800 nm波段范围内几乎观察不到红外发射信号。加入Sc(OTf)₃后，876 nm处有很强的发射光谱峰。同时作者发现，体系中含氧时，可发生发射光谱部分淬灭（图 5B 蓝线）。

总结

Tehshik P. Yoon教授课题组报道了Lewis酸（三氟甲磺酸钪）和手性配体催化的烯酮与丁二烯中烯烃的不对称[2+2]环加成反应，并阐明了反应可能的机理。该反应条件温和，产率良好，对映选择性优秀，在有机合成中将具有重要应用价值。