取代環丁烷是許多天然產物、藥物分子和生物活性分子化合物的核心結構，是合成化學中的主要中間體。光誘導的烯烴[2+2]環加成反應是生成多種環丁烷最直接的方法。盡管選擇性[2+2]環加成反應的研究不斷取得進展，但對于特定區域選擇性和非對映異構體選擇性的烯烴分子間[2+2]環加成反應，發展還十分有限。例如順式的頭對頭（syn-HH）環丁烷衍生物的高選擇性合成，長期都沒有簡易普適的催化合成途徑。
基于此，中山大學化學學院蘇成勇教授課題組和胡鵬教授課題組合作，利用含有多個光敏劑和開放窗口的具有納米空間限域的金屬有機籠（MOC-16），通過其空間的限制作用控制反應中間體的構型，在可見光下催化α,β-不飽和羰基化合物分子間的[2+2]環加成反應，實現特殊而高效的順式的頭對頭（syn-HH）非對映異構體選擇性。順式的頭對頭（syn-HH）構型環丁烷主產物在之前文獻報道中往往作為副產物出現。
研究發現，MOC-16可以作為一種類酶的可見光催化劑，在含有水相的體系內，通過主客體相互作用，完成底物和產物的相轉移，高效催化一系列α,β-不飽和羰基類化合物的[2+2]環加成反應，催化劑用量僅需0.03-0.12 mol%。反應底物包括各類取代的查兒酮類衍生物，肉桂酸酯類衍生物，卞叉丙酮類衍生物，展示出豐富的底物以及官能團適用性。供電子和吸電子官能團，甚至包含活潑氫的羥基和羧基，均能很好的兼容。特別值得一提的是，除了相同分子間的反應，極具挑戰性的不同分子間交叉[2+2]環加成反應也可以順利進行。反應具有優異的立體選擇性，最優非對映異構體選擇性大于99%。催化劑在催化過程中高效、穩定，重復利用10次后，催化活性無明顯下降。以上結論說明這類具有光活性的配位超分子籠，在仿生酶催化和立體選擇性催化的反應中都有具有潛在應用價值，也為具有特殊非對映異構體選擇性的環加成光催化反應提供了一個應用前景良好的新方法。
上述研究成果發表于Nature Communications雜志。該研究工作得到了國家自然科學基金等項目的支持。
Jing-Si Wang, Kai Wu, Changzhen Yin, Kang Li, Yahao Huang, Jia Ruan, Ximin Feng, Peng Hu, Cheng-Yong Su, Cage-confined photocatalysis for wide-scope unusually selective [2?+?2] cycloaddition through visible-light triplet sensitization. Nat Commun 11, 4675 (2020).
