近年来，双环[1.1.0]丁烷（BCBs）的转化反受到了研究者的广泛关注。其环加成产物常可作为医药和农用化学品中杂环体系的生物电子等排体。从合成化学角度来看，带有芳基供体和羰基受体的BCBs可视为经典的供体-受体环丙烷（DACs）的高张力类似物。值得注意的是，DACs的应变能约为27.5 kcal/mol，而由于额外三元环的存在，BCBs的应变能显著提升至66.3 kcal/mol（Scheme 1 A）。近些年，BCBs与羰基化合物以及有机硫化合物的反应得到了化学家们的广泛探索，但BCBs与硫酮的加成反应还未有报道（Scheme 1 B）。最近，德国阿尔伯特-路德维希-弗赖堡大学（Albert-Ludwigs-Universität Freiburg）Daniel B. Werz课题组利用双环[1.1.0]丁烷（BCBs）与硫酮这两类高活性物种，在常温条件下，无需催化剂、添加剂或光照射条件下即可通过（3+2）环加成反应高效构建2-硫杂双环[2.1.1]己烷骨架。相关成果发表在Chem. Sci. 2025, DOI: 10.1039/D5SC00125K上（Scheme 1C）。
首先，作者以酮取代的BCBs 1a和硫酮2a作为模板底物对反应进行探索。当其在乙腈中室温反应3小时可以以84%的产率得到相应的（3+2）环加成产物3aa，且作者通过X-射线单晶衍射对产物的结构进行了证实（Scheme 2）。随后，作者对此转化中BCBs的底物范围进行了考察。实验结果表明，一系列不同取代的BCBs均可顺利实现转化，以44-96%的产率得到相应的环加成产物3aa-3ia。其中包括三氟甲基、三氟甲氧基、氟、氯、萘基、正丁基、吲哚基等一系列基团均可兼容。
（Scheme 2，图片来源：Chem. Sci.）
接下来，作者对硫酮的兼容性进行了探索（Scheme 3）。实验结果表明一系列不同取代的硫酮同样可以兼容此转化，以64-87%的产率得到产物3ab-3ag。遗憾的是，对于金刚烷基硫酮2h、大位阻的硫酮2j以及富电子硫酮2k不兼容。
接下来，作者以硫代苯乙酮2l与双环[1.1.0]丁烷1a的反应为例阐述了机理细节（Scheme 4）。鉴于BCBs和硫酮均具有亲核/亲电双重反应特性，该转化可能存在两种反应路径：路径I中，BCB作为亲核试剂进攻硫酮，随后发生环化反应生成双环产物3。若按此路径，预期可检测到副产物3al”’（在类似路易斯酸催化的醛和亚胺反应中已被观察到）。路径II则涉及硫原子对BCB的初始进攻，形成烯醇中间体后进一步与硫羰基碳环化闭环。实验结果表明：BCB 1a与硫代苯乙酮2l反应时，除获得了预期的双环产物3al（产率降至24%）以外，作者还观察到两种非对映异构体3al’（18%）和3al”（10%）的生成。这些副产物源于硫酮的亲核加成以及后续分子内质子转移过程。该产物分布特征表明反应更可能遵循路径II进行。
有文献报道表明，供体侧未取代的双环[1.1.0]丁烷通常表现出与含芳基或烷基取代的类似物截然不同的反应活性，甚至完全不反应。为此，作者进一步考察了未取代BCB 1r与各类硫酮在此条件下的反应（Scheme 5）。令人惊讶的是，在完全相同的反应条件下，作者以中等至优异的产率获得了相应产物3ra-3rg。硫酮上的取代基（无论是富电子还是缺电子基团）对反应活性几乎不产生影响。化合物3ra的单晶X射线衍射分析再次证实，即使BCB不含供体基团，仍可保持相同的区域选择性。
最后，作者对环加成产物3aa和3ra进行的后续的官能团化（Scheme 6）。实验结果表明，通过间氯过氧苯甲酸（m-CPBA）氧化可高效制备氧化产物4和5。通过调控氧化剂用量可选择性地获得亚砜4或砜5，且均能以定量产率得到目标产物。基于相同方法，作者成功实现了单取代BCB 1r衍生物6的合成。值得注意的是，非对称环加成产物3al的单氧化反应表现出完全的非对映选择性，仅在与甲基取代基同侧生成亚砜8，其立体构型经X–射线分析确证。此外，化合物3aa经氢化铝锂还原可转化为醇类衍生物7。
德国阿尔伯特-路德维希-弗赖堡大学Daniel B. Werz课题组成功开发了一种温和、简便的双环[1.1.0]丁烷酮类化合物与硫酮的(3+2)环加成反应，构建了2-硫杂双环[2.1.1]己烷骨架，且该双环结构此前难以获得。该反应具有以下显著特点：（1）对空气和水分表现出优异的耐受性；（2）无需使用催化剂、光照或任何添加剂；（3）底物适用范围广，只要BCBs含有酮受体基团即可顺利反应；（4）无论供体侧为芳基、烷基取代甚至无取代的衍生物均能高效转化。此外，作者还通过X–射线晶体学分析确证了环加成反应的区域选择性。