导读
近日，南京大学史壮志教授课题组在Angew. Chem. Int. Ed.上发表论文，报道了一种有效的可见光催化策略，使用fac-Ir(ppy)3作为光催化剂，实现了氟代烷基卤化物（市售）与邻季碳中心烯烃化合物的全氟烷基化反应，涉及自由基加成、1,2-芳基迁移、还原等过程。同时，仅需一步即可合成具有挑战性的多取代全氟烷基化产物。反应机理表明，光诱导产生烷基自由基与烯烃加成，随后经1,2-芳基迁移，从而获得具有两个吸电子基团的碳自由基，再经氢供体的进一步还原以完成多米诺反应。文章链接DOI：10.1002/anie.202010839
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 重排反应，作为有机化学领域中最具吸引力的方法之一，具有操作简便、高原子经济性的特点，可用于构建多种新型化合物。而在自由基参与迁移策略中， 1,2-重排作为该领域的热点。早在1944年，Urry和Kharasch等发现以β-芳基碳自由基的第一个自由基1,2-迁移过程（neophyl重排），然而，由于存在底物范围窄、反应缓慢、反应条件苛刻等弊端，从而使其难以在合成中得到应用。 在过去的十年中，已有多个课题组通过对烯烃底物的设计，实现自由基诱导的1,2-重排。如烯丙醇的半频哪醇型重排，合成β-官能化的酮化合物（Figure 1a）。此外，也已使用Et3B /空气、可见光或镍催化剂，实现乙烯基硼酸酯配合物的1,2-金属盐重排（Figure 1b）。受上述的启发，史壮志课题组还开发了光氧化还原烯烃1,2-硼基迁移策略，通过自由基加成生成偕-双（硼基）烷烃。此外，Studer课题组近期报道了一种使用烯丙基硼酸酯的1,2-硼基迁移策略，获得1,3-二官能团化的产物（Figure 1c）。此外，在有机化合物中，引入全氟烷基取代基通常会导致其性质（如极性、溶解度、构象行为和代谢稳定性）发生很大变化，而烯烃的全氟烷基化是最有效方法之一。与以前文献不同，该反应通过全氟烷基-自由基加成至烯烃双键上，再经1,2-芳基迁移，最后，通过氢供体将其进一步还原。在此，南京大学史壮志教授课题组使用一类具有邻季碳中心的烯烃底物，涉及自由基加成、1,2-芳基迁移、还原的过程，从而实现了此类反应（Figure 1d）。 （图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 首先，作者以烯烃1a与卤化物I-nC4F9（2c）作为模型底物，进行了相关反应条件的筛选（Table 1）。当以1.0 mol％fac-[Ir(ppy)3]作为光催化剂，2当量DBU作碱，在TFE溶液中（含有2.0当量的TMDEA）室温蓝色LED照射12 h后，即可获得所需产物3aa，收率为78％（entry 1）。 （图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 在获得上述最佳反应条件后，作者固定烯烃底物1a，对烷基卤化物2进行了扩展（Table 2）。具有较长链的全氟烷基碘与体系兼容，如nC6F13I（2b）和nC8F17I（2c）。同样，二氟甲基化的烷基溴化物2d-2e也是合适的底物，但单氟甲基化底物2f的非对映选择性较差。而具有更长全氟链烷基碘化物2g-2i，同样取得较好的结果。此外，具有三级脂肪族全氟烷基碘化物2j-2k也可同样与体系兼容。值得注意的是，其它烷基卤化物，如2-碘乙酸乙酯（2l）和2-碘乙腈（2m），同样获得所需的目标产物 （图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 鉴于氟甲基在合成中的重要性，作者分别引入不同氟代试剂进行相关的扩展（Scheme 1）。使用CF3I（2n）与烯烃1a在标准条件下反应，以69％的收率获得所需的产物3an。而当使用TMEDA·2CF3I（2n'）时，收率可提高至75％。同时，使用二氟试剂2o与烯烃1a进行二氟甲基化时，以56％的收率获得产物3ao。然而，使用单氟试剂2p仅有较低的反应性，可能是由于缺乏自由基稳定基团所致。 （图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 紧接着，作者对烯烃底物1进行了扩展（Table 3）。芳基对位取代基不受电子效应影响（如OMe、Ph、F、Br 、CN），均可获得相应的产物3ba-3fa（54-89％）。芳基间位含有CF3、COOEt和Cl等取代基时，获得产物3ga-3ia。具有萘基、杂芳基取代时，也可获得产物3ja-3ka。同时，含有多种EWGs时，如两个COOMe的底物1l，一个氰基和一个酯基的底物1m，均可实现相应的转化。然而，具有大位阻的巴比妥酸底物1n与2a反应时，获得ATRA（原子转移自由基加成）产物4na（主产物）以及痕量的目标产物3na（＜10％）。而使用上述试剂2o与烯烃1n反应时，若底物中不存在I原子，则使重排的转化率更高，获得51％收率3no。此外，仅含一个EWGs的2-乙基-2-苯基丁-3-烯酸乙酯（1o）的重排反应非常缓慢，且ATRA化合物4oa为主产物。 （图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 随后，作者对产物3an进行了相关的修饰，从而进一步证明该反应实用性（Scheme 2）。首先，在2.0 mmol的放大实验中，以58％的收率获得产物3an。产物3an可选择性地还原成二醇5（89％）或脱羧成酯6（81％）。同时，也可以经Michael加成反应（7），亲核取代反应（8-9）和Aldol反应（10）生成具有全碳季碳中心的产物，收率为73-84％。此外，在碱性条件下，可用NBS将产物3an进行溴化，以中等收率获得化合物11。 （图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 为了进一步了解反应的机理，作者进行了相关的对照实验（Scheme 3）。首先，副产物4aa在标准条件下未形成产物3aa，从而排除了4aa作为中间体的可能性（Scheme 3a）。据Sodeoka课题组报道，化合物12-13与更长的烯基链反应形成环化产物14和15，未检测到1,n-芳基迁移产物（Scheme 3b）。当使用d1-MeOH作为溶剂进行烯烃1a和2a的反应时，D标记几乎完全结合到3aa中。通过13C NMR进一步检测，反应混合物在90.4和54.8 ppm处产生两个信号峰，这与该反应中d1-甲氧基甲醇（16）一致。而且，d1-MeOH与3aa不会形成氘代产物D-3aa（Scheme 3c）。这些结果表明，在反应过程中发生了H/D交换过程，并且醇溶剂充当了产物氢原子的供体。此外，“明/暗”实验进一步证实可见光是反应必需的。 （图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 根据上述的实验，作者提出了一种可能的反应机理（Figure 2）。首先，可见光对IrIII配合物进行光激发，得到具有氧化还原活性的激发态*IrIII，它与烷基卤化物2进行单电子转移（SET）以产生IrIV配合物和烷基自由基I。紧接着，自由基I与烯烃1加成，形成烷基自由基II，经螺[2.5]-辛二烯基自由基过渡态III的1,2-芳基迁移形成自由基IV。最后，自由基IV与氢自由基结合，从而生成目标产物3。同时，烷基II也可与卤代烷2反应，形成ATRA产物4。 此外，机理还涉及一些其它的催化循环过程。IrIV配合物与叔胺进行SET反应以回收IrIII配合物并生成胺自由基阳离子A。紧接着，A与TFE溶剂进行氢原子转移，从而释放出铵盐B以及碳中心自由基C。进一步的β-H消除可形成CF3CHO和一个氢原子基团。而从反应混合物中通过NMR观察到三氟乙氧基半缩醛17的形成，假定它是由CF3CHO和TFE形成的。同样，使用d1-MeOH作为溶剂会生成氘产物D-3aa和HCHO，根据实验结果，它们可以进一步与d1-MeOH反应，生成化合物20。 （图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.） 撰稿人：杉杉
