可见光参与的光氧化还原反应可以在较为温和的条件下实现化学键的断裂与形成，因而得到研究者的广泛关注。尽管人们对于光参与的C(sp3)-H键活化发生氢原子转移（HAT）的过程已进行了大量的研究，但对于C(sp2)-H键，尤其是醛基C(sp2)-H键氢原子转移反应的研究尚不成熟。醛作为廉价易得的原料是产生羰基自由基的理想前体，以往研究的方法需利用超化学计量的过氧化物在高温条件下产生羰基自由基，或通过活化的羰基底物在光氧化还原催化剂的作用下实现醛基C(sp2)-H键的均裂。但以上方法大多反应条件苛刻，适用底物仅局限于芳香醛。发展一种温和普适的方法实现多种醛的C(sp2)-H键活化便尤为重要。
最近，德国明斯特大学的Frank Glorius教授报道了基于光氧化还原催化剂参与的氢原子转移反应，利用EBX作为亲电的炔基化试剂完成对C(O)-H键的直接官能化，首次高效地实现了炔酮、炔基酰胺和炔基羧酸酯的高选择性合成。这种方法同样适用于复杂分子骨架中C(O)-H键的选择性官能团化。相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上。
图1. 通过羰基自由基中间体合成炔酮等衍生物。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
为了实现以上过程，选择合适的HAT催化剂十分重要。Frank Glorius教授课题组在2016年报道了以安息酸盐作为HAT试剂，在光氧化还原催化剂的作用下发生非活化C(sp3)-H键的选择性三氟甲硫基化（点击阅读相关）。于是作者进一步探究是否可以利用该HAT在其他C(sp3)-H键存在的情况下实现C(O)-H键的选择性活化。炔酮、炔基酰胺以及炔基羧酸酯是生物活性分子中重要的结构单元，传统构建该类结构的方法官能团兼容性较差、底物适用范围有限。随着近几年单电子转移催化剂，人们逐渐发展了有效的策略应对这些问题，其中羰基自由基可以通过α-酮酸的脱羧或β-羰基醇的C(O)-烷基键断裂产生。然而以上方法需要底物进行预官能化，由此降低的反应的原子经济性，反应过程也更加繁琐。
首先，作者以环己基甲醛作为模板底物，在邻碘苯甲酸钠作为添加剂，蓝光照射的室温条件下对反应条件进行了筛选。最终他们发现，反应在DCE溶剂中以0.4 M的底物浓度进行，以[Ir(dF(CF3)ppy)2(5,5'-dCF3bpy)]PF6（PC II, bpy = 2,2'-bipyridine）作为光氧化还原催化剂，能以85%的产率得到目标炔酮产物1（entry 5）。
图2. 反应条件的筛选。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
得到最佳反应条件后，作者对底物的适用性进行了考察，首先探究不同醛类底物对反应的影响，脂肪醛、芳香醛以及α,β-不饱和醛都能以良好的产率得到相应的炔酮产物。对于不同的炔基化试剂，除了苯乙炔基，苯环上进行烷基、烷氧基、卤素等取代基修饰的苯乙炔以及三异丙基硅基乙炔也能以良好的产率得到相应的目标产物。该方法不仅适用于生成炔酮的反应，还可用于制备相应的炔基羧酸酯和炔基酰胺，但产率略有降低。
图3. 底物适用性考察。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
除了简单的底物，在胆固醇、石胆酸衍生物以及药物分子丙磺舒、阿达帕林等复杂底物的后期修饰中，该炔基化反应也能以中等到良好的产率得到相应的炔酮产物，表现出良好的官能团兼容性。
图4. 复杂底物的拓展。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
为了研究该反应的机理，作者设计了荧光淬灭实验，激发态的光氧化还原催化剂淬灭后，2-碘苯甲酸甲酯成为唯一的反应组分。随后他们在标准反应条件下加入自由基捕获剂TEMPO，炔酮产物23的形成受到抑制，全部得到TEMPO加成的产物38，表明反应经历了羰基自由基中间体。因此，作者提出了可能的反应机理：在可见光照射下，铱催化剂将邻碘苯甲酸负离子A氧化成相应的自由基B，该自由基中间体和醛经HAT过程形成羰基自由基C，C和炔基化试剂EBX反应形成产物，得到的碘自由基D和B可以互相转化，构成新的催化循环。
图5. 可能的反应机理。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
——总结——
Frank Glorius教授报道了光氧化还原催化剂参与的HAT反应，通过反应过程中形成羰基自由基中间体与炔基化试剂反应，实现对醛基C(sp2)-H键的直接官能化。除了炔酮产物，该反应还可用于有效合成具有高区域和化学选择性的炔基酰胺和炔基羧酸酯，条件温和、操作简单、官能团兼容性好。该方法还能实现复杂分子中醛基C(sp2)-H键的选择性官能化。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Alkynylation of Csp2(O)–H Bonds Enabled by Photoredox-Mediated Hydrogen-Atom Transfer
Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201708037
导师介绍
Glorius, Frank
http://www.x-mol.com/university/faculty/46677
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