华中科技大学吴雪松课题组Angew：光催化能量转移驱动的醇的脱氧烷基化反应

C(sp³)–C(sp³)键是众多有机分子的核心结构单元，发展选择性构建C(sp³)–C(sp³)键的通用高效合成方法一直是有机合成研究的长期目标。在过去的十年中，光催化自由基反应已成为在温和反应条件下构建C(sp³)–C(sp³)键的重要策略。在多种烷基自由基前体中，结构多样且易得的醇在光化学条件下通过自由基脱氧作为烷基合成砌块应用于自由基反应近年来吸引了广泛的研究兴趣。尽管已取得了显著的进展，但已建立的C–O键活化方法通常依赖于涉及电子转移的氧化或还原过程，面临氧化还原副反应及官能团兼容性差等问题。发展非电子转移的醇的脱氧自由基转化新策略有利于反应模式的扩展和对新反应活性的探索。

图1. 研究背景和反应设计

华中科技大学吴雪松教授（点击查看介绍）课题组近年来致力于醇的脱氧自由基转化以及含硫小分子活化策略在自由基反应中的应用研究（Nat. Commun. 2021, 12, 5365; Org. Lett. 2022, 24, 3199-3204; Org. Lett. 2023, 25, 6571-6576; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202409605）。近日，该课题组发展了1,3-苯并二硫杂环戊基阳离子（BDT）活化醇的新策略，应用市售的1,3-苯并二硫杂环戊基四氟硼酸盐（BDTF）作为醇羟基活化试剂，成功实现了光催化能量转移驱动下醇和碳酸肟酯对烯烃的烷基化亚胺化反应，以及能量转移和镍协同催化下醇与碳酸肟酯的选择性C(sp³)–C(sp³)交叉偶联反应（图1）。该研究为醇参与的C(sp³)–C(sp³)键的构建提供了高效的新方法。

图2. 醇和肟酯对烯烃的烷基亚胺化反应

作者首先研究了光催化能量转移驱动的醇、肟酯和烯烃的多组分反应。在铱光催化剂作用下，醇经BDTF活化与碳酸肟酯和烯烃在蓝光照射下反应能够有效实现对烯烃的烷基亚胺化反应，将多种伯、仲和叔醇的烷基片段引入氨基酸衍生物结构中（图2）。

图3. 醇与环酮肟酯的交叉偶联反应

此外，以2-溴代噻吨酮作为能量转移光催化剂，乙酰丙酮镍为金属催化剂，醇经BDTF活化与环酮衍生的碳酸肟酯在紫光照射下能够发生脱氧/开环自由基交叉偶联，交叉选择性地构建C(sp³)–C(sp³)键，合成结构多样的腈类化合物（图3）。

图4. 醇与不饱和肟酯的交叉偶联反应

同时，应用2-溴代噻吨酮和乙酰丙酮镍的协同催化体系，醇经BDTF活化与不饱和酮衍生的碳酸肟酯能够在紫光照射下发生脱氧/环化自由基交叉偶联，交叉选择性地构建C(sp³)–C(sp³)键，合成结构多样的吡咯啉衍生物（图4）。

图5. 可能的反应机理

机理研究显示，能量转移介导肟酯的N–O键裂解生成O中心自由基和亚胺N中心自由基（图5）。随后，醇-BDT加合物和O中心自由基发生区域选择性氢原子转移，产生C中心自由基，经自由基β-裂解断裂C(sp³)–O键得到烷基自由基。烷基自由基与亚胺自由基与烯烃发生自由基加成和偶联，实现烯烃的双官能化。而镍催化的自由基分选和S_H2过程能够实现烷基自由基与由亚胺自由基转化得到的烷基自由基之间的选择性交叉偶联。

总结

吴雪松课题组基于BDTF对醇的活化，发展一系列醇参与的光催化能量转移驱动的脱氧烷基化反应。BDTF作为醇的活化试剂具有装载简便高效、HAT区域选择性好、脱氧活性高、底物范围广和官能团兼容性好等特点。同时脱氧过程中的主要副产物可回收用于活化试剂的再生。该研究为醇的脱氧自由基转化提供了新的途径。相关研究成果近期在线发表在Angew. Chem. Int. Ed.。吴雪松教授为通讯作者，何斌卿博士和博士研究生赵璐为共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金（22271109）的资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Alcohol Activation by Benzodithiolylium for Deoxygenative Alkylation Driven by Photocatalytic Energy Transfer

Bin-Qing He, Lu Zhao, Jun Zhang, Wen-Hui Bao, Mingjun Yang, Xuesong Wu*

Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202423795

导师介绍

吴雪松

https://www.x-mol.com/university/faculty/323395