光促进铜催化环酮肟酯与末端炔烃的Csp3-Csp偶联反应

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可见光诱导的光催化反应一直都是有机合成化学中的研究热点。目前为止，实现光催化反应主要依靠在反应体系中加入光催化剂，将光能转化为化学能来驱动反应的进行。但是常用的光催化剂一般价格比较昂贵，且制备过程繁琐。所以开发一种不需要光催化剂添加的光催化反应越来越成为有机化学家们的研究目标。近日，南京林业大学赵斌林副教授和南京大学史壮志教授课题组利用末端炔烃与铜原位生成的炔铜络合物作为催化反应的光敏剂，实现了光促进铜催化环酮肟酯与末端炔烃的Csp³-Csp 偶联反应（Chem. Commun. 2020, DOI: 10.1039/D0CC00988A）。

基于可见光诱导的光催化反应在绿色有机合成化学中具有举足轻重的地位。通过在反应体系中加入光催化剂，吸收光能驱动反应是实现相应转化的重要策略之一。但是常用的光催化剂一般都比较昂贵且制备过程复杂繁琐。所以无需光催化剂添加的光催化反应越来越引起有机化学工作者的关注。近几年，光促进过渡金属催化有机卤化物参与的C-C 键构建的偶联反应被成功开发(J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 13902; Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 4759), C-N (Science, 2012, 338, 647; Science, 2016, 351, 681), C-O (Chem. Sci., 2014, 5, 2831), C-S (J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 9548)。但是基于该反应策略的惰性键断裂的官能团化反应还没有报道，南京林业大学赵斌林副教授和史壮志教授课题组报道了一种光促进铜催化环酮肟酯发生碳碳键断裂与末端炔烃发生反应生成内炔氰类化合物的合成方法（图1）。

图1. 促进铜催化环酮肟酯与末端炔烃的Csp3-Csp 偶联反应

（来源：Chem. Commun.）

图2. 环丁酮肟酯的底物范围

（来源：Chem. Commun.）

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作者以4-三氟甲基苯甲酰环丁酮肟酯和苯乙炔作为反应底物进行反应探索。在条件筛选的过程中，作者发现铜催化剂、α,α,α -三联吡啶配体、碳酸钾、N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的混合溶剂以及光源都是促使反应发生的必要条件，此外催化量的四丁基碘化铵可以显著提高内炔氰产物的收率。为了进一步考察该反应体系的底物兼容范围，作者尝试了一系列不同种类的环酮肟酯（图2）。结果发现，不同位置上含有不同取代基的环丁酮肟酯都可以在模板条件发生反应生成相应的目标产物，醚、酯基、氰基、酰胺以及烯烃官能团均可与反应体系兼容。此外，如果环酮的α位含有取代基，碳碳键将会高选择性地从含有取代基的一侧发生断裂生成相对稳定的二级碳自由基，最终转化为Csp³-Csp的偶联产物。此外，作者还对不同种类的末端炔烃进行研究（图3）。结果发现，无论芳香端炔还是脂肪端炔都可参与反应以较好的收率得到内炔氰类化合物。值得注意的是，该方法还可用于复杂分子以及天然产物衍生物的合成及修饰。

图3. 末端炔烃的底物范围

（来源：Chem. Commun.）

最后，为了更多地了解反应转化的机理和细节，作者进行了一系列的机理实验（图4），并且对反应体系中原位生成的炔铜络合物进行了紫外吸收和荧光发射的光谱测试（图5）。实验结果证明了，反应是通过自由基路径进行转化的；反应体系中原位生成的炔铜络合物为光反应发生的重要中间体，该络合物可以作为驱动反应发生的光敏剂，将光能转化成为化合物能。根据文献报道和实验结果，作者推测反应机理如图6所示：首先末端炔烃在碱性条件下与铜盐反应生成炔铜络合物，该络合物吸收光能到达激发态展，易于得电子的环丁酮肟酯与具有还原能力的炔铜络合物发生单电子转移发生自由基的β-碳断裂生成烷基自由基。最后被高价态的炔铜络合物捕生成相应的内炔氰产物并释放出低价态的铜催化剂完成催化循环。

图4. 机理实验

（来源：Chem. Commun.）

图5. 紫外吸收、荧光发射光谱

（来源：Chem. Commun.）

图6. 推测的反应机理

（来源：Chem. Commun.）

综上所述，作者通过铜盐与端炔原位生成的炔铜络合物作为驱动光反应发生的光敏剂，实现了无催化剂添加的光催化碳碳键断裂的Csp³-Csp偶联反应。该方法将为光催化惰性键断裂官能团化反应提供新的思路和反应策略。这一研究成果近期发表在Chem. Commun.上（Chem. Commun. 2020, DOI: 10.1039/D0CC00988A），是由南京林业大学赵斌林副教授（2015-2019博士期间就读于南京大学史壮志教授课题组）和南京大学史壮志教授课题组合作完成。研究工作得到了江苏省特聘教授计划的资助。

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