Visible-light-induced radical cyclization of quinolinone-containing substrates has been developted utilizing the photochemical activity of quinolinone scaffold without external photocatalyst. Nitrogen-oxygen bond dissociation induced by single-electron transfer (SET) between excited quinolinone substrate and pyridinium salt led to the formation of phosphine-centered radical. Generated phosphine-centered radical inserted into alkene appendage of quinolinone substrates, and the following tandem reaction allows the efficient formation of carbon-phosphine bond and new synthetic pathway for tetrahydrophenanthridin-6(5H)-ones. Furthermore, exploting the intrinsic photosensitizing ability of modified quinolinone scaffold, I developed water-compatible fluorescent photosensitizer, which can be used for visible-light-induced cycsteine-specific bioconjugation for the installation of fluorophore. The slightly modified quinolinone photocatalyst enabled the effective photocatalytic cysteine-specific conjugation of biologically relevant groups. The superior reactivity and cysteine selectivity were further corroborated by efficient bioconjugation with a series of complex peptides and proteins under biocompatible coditions to generate stable carbon-sulfur conjugate bond.
An efficient method for the C4-selective asymmetric alkylation of pyridines has been reported via N-heterocyclic carbene (NHC) catalysis with excellent control over enantioselectivity and pyridyl C4-selectivity. The key strategy for precise stereocontrol involves enhancing interaction between the chiral NHC-bound homoenolate and pyridinium salt in the precence of hexafluorobenzene, which effectively differenciates the two faces of the homoenolate radical. The reaction efficiency is further accelerated by visible light irradiation. This methodology enables facile access to a diverse range of enantioenriched C4-alkylated pyridines under mild and metal-free conditions.
퀴놀리논의 광학적 성질을 이용하여, 외부 광촉매를 사용하지 않은 퀴놀리논의 라디칼 고리화 반응을 소개한다. 가시광선을 통해 들뜬 퀴놀리논의 홀전자 전달을 이용하여 피리디늄 염의 질소-산소 결합 해리가 발생하며, 이 때 생성된 산소-중심 라디칼은 인-중심 라디칼을 생성한다. 생성된 인-중심 라디칼을 포함한 텐덤 반응을 이용하여, 효율적인 탄소-인 결합 형성과 6(5H)-페난트리디논 유도체의 새로운 합성법에 접근할 수 있었다. 또한, 퀴놀리논 유도체의 고유한 감광성을 통해 수용액 상에서 작용 가능한 형광 물질을 개발했으며, 이를 단백질에 접합할 수 있는 가시광선으로 유발되는 시스테인 특이적인 생체 접합 반응을 소개하고자 한다. 형광 물질의 구조 변형을 통해 퀴놀리논 구조를 갖는 광촉매 또한 제시하고 있으며, 이를 통해 다양한 생체 활성단을 효과적으로 접합할 수 있다. 이러한 우수한 반응성과 시스테인에 대한 높은 선택성으로 안정한 탄소-황 접합 결합을 형성하여, 복잡한 펩타이드와 단백질에도 본 반응이 적용될 수 있었다.
질소-헤테로고리 카벤 촉매 작용을 통해, 우수한 거울상 이성질 선택성과 피리딘의 C4-선택성을 보여주는 알킬화 반응을 소개한다. 카이랄 질소-헤테로고리 카벤 촉매가 결합된 호모엔올산염과 피리디늄 염의 상호작용을 향상시키는 것이 주요 전략이며, 용매로 사용한 헥사플루오르화벤젠이 호모엔올산염의 양쪽 면을 효과적으로 구분시키는 역할을 하였다. 가시광선 하에서 반응 효율이 더 향상됐다. 이 온화한 조건의 합성 방법을 통해 피리딘의 C4 위치에 높은 거울상 이성질 선택적으로 알킬단을 도입할 수 있다.
