随着制药工业对含氮杂环化合物需求的逐渐增长，发展新型、高效的合成方法学来精准构建这类分子受到越来越多的关注。氮自由基参与的环化反应可以快速地合成功能性杂环化合物。近年来，利用可见光催化策略产生氮自由基物种的新型反应，受到了极大的关注并取得了快速的发展。但由于自由基物种较高的反应活性，实现该类反应的立体选择性控制仍然是一个挑战。
针对以上问题，研究人员以氮杂环卡宾（NHC）为催化剂，通过基态单电子转移，诱导底物产生亚胺、酰胺自由基，并成功实现了烯烃的分子内氨基-酰基化反应,为吡咯啉、恶唑烷酮等含氮杂环化合物的合成提供了有效的方法。基于有机小分子催化剂与反应物的共价键相互作用，成功实现了自由基-自由基偶联过程的非对映选择性控制。
为了深入了解反应机制，研究人员进行了充分的机理验证实验。通过电化学方法，测定了Breslow中间体的氧化电势，阐明这一基态单电子转移是一放热过程(ΔGSET≈?5 kcal mol?1)。通过自由基捕获及自由基钟实验，证明了自由基环化反应过程。另外，详尽的DFT计算结果表明自由基-自由基偶联过程是反应的决速步骤，而自由基中间体的π-π堆积作用是控制反应立体选择性的关键。这一有机小分子催化体系，为进一步探索不对称自由基偶联反应奠定了基础。
张大煜学院博士研究生刘文邓和美国加州大学洛杉矶分校Woojin Lee博士为本文共同第一作者，赵剑楠研究员和Kendall N. Houk教授为共同通讯作者，大连理工大学为该工作的第一完成单位。该工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费的资助，感谢大连理工大学分析测试中心的支持。
研究成果链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c11209
