【人物与科研】中国科学院大学陈祥雨与汪志祥课题组：可见光促进EDA复合物引发的β,γ-不饱和酯合成
导语
可见光促进的脱氨烷基化反应已经成为一个重要的研究方向，华中师范大学陆良秋和肖文精教授在这领域做出了重要贡献。从廉价易得的原料出发合成羰基化合物是现代有机合成的重要目标，而β,γ-不饱和羰基化合物因其独特的活性特征，日益成为有价值的合成砌块。近日，中国科学院大学化学科学院协同创新课题组发展了可见光促进EDA复合物（electron donor-acceptor complex）引发的Katritzky盐与烯烃的脱氨基烷基化反应，成功实现了β,γ-不饱和酯类化合物的构建，该方法原料简单、条件温和，无需过渡金属催化和额外的添加剂，具有通用性。相关研究成果发表在Org. Lett.（DOI：10.1021/acs.orglett.0c04287）上，汪志祥教授和陈祥雨副教授为共同通讯作者。
国科大化学科学学院协同创新课题组简介
实验室成立于2019年底，将实验和理论计算紧密结合，致力于发展新的有机合成方法，实现目标化合物高效、环境友好的合成，在药物合成和材料创新中进一步开发其实际应用。现已建起了先进的有机合成实验室和计算化学有关机群。
通讯作者简介
汪志祥：中国科学院大学化学科学学院长聘教授，博士生导师。曾获中国科学院优秀导师奖、国务院政府特殊津贴、宝钢优秀教师等奖项。研究兴趣包括：催化机理的计算研究和催化剂的理论计算设计；新的化学成键规律及它们在构建新材料中的应用。已在包括Science, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表论文130余篇。
陈祥雨：中国科学院大学化学科学学院副教授，博士生导师。2020年5月入职中国科学院大学，目前主要从事弱键促使的自由基反应。2014年于中国科学院化学研究所获理学博士，导师：叶松研究员。2016-2020年于德国亚琛工业大学从事博士后研究，导师：Dieter Enders, Franziska Schoenebeck, Magnus Rueping教授。
前沿科研成果
可见光促进EDA复合物引发的β,γ-不饱和酯合成
传统方法合成β,γ-不饱和羰基多建立在过渡金属催化的交叉偶联反应，诸如钯、镍或铜催化下的烯醇和烯基卤代物、烯基磺酸化合物等反应（图1 A）。近年来，可见光促进的脱氨烷基化反应已经成为多样化烯烃制备的重要手段（图1 B）。区别于之前的EDA形成策略，该课题组发现仅仅通过碱金属盐（例如，NaI, NaOAc, K2CO3等）便可以与N-羟基邻苯二甲酰亚胺酯（NHPI esters）以及系列吡啶盐等形成EDA复合物（图1 C）。据此，作者推测仅仅通过碘化钠和Katritzky盐就可以直接形成EDA复合物，产生的烷基自由基与双键偶联，再生成相应的产物（图1 D）。
图1
（来源：Org. Lett.）
作者首先进行了反应条件的优化，以1a（0.24 mmol）和2a（0.2 mmol）为原料，在45 ℃的LED光照条件下，DMA为溶剂，加入NaI（20 mol%），反应过夜得到了相应的偶联产物3a，收获了最优收率95%。同时，作者做UV-vis紫外吸收分析发现，在NaI加入到体系之后，体系出现了明显的红移，进一步对1a和NaI的EDA复合物进行了DFT计算，发现其溶剂化的络合自由能为9.6 kcal/mol，这均印证了体系中EDA复合物的存在。
图2
（来源：Org. Lett.）
随后，作者进行了底物的拓展，一系列苯丙氨酸衍生的含吸电子基或者供电子基的吡啶盐（3a-g），均可以在这一反条件下顺利地进行，反应收率也让人满意。此外，该方法可耐受多种官能团（3h-n），例如硫醚、酯、酮等；二苯乙烯上取代基的影响（3o-s）也被一并考虑，该方法对烯烃上的取代基也具有较好的宽容度。值得注意的是，苯乙烯（3t）的反应也得到了相应的β,γ-不饱和产物，尽管产率有所降低，其具有很好的E/Z比率，取代的苯乙烯（3u-x）也得到相应的产物，但是E/Z比率出现降低。特别地，该方法也适用于肉桂酸（3t）为原料和吡啶盐的反应，各种取代肉桂酸（3y-b’）也容易发生反应，可以得到高E/Z比例的β,γ-不饱和酯。
图3
（来源：Org. Lett.）
作者对反应的机理进行了详细的DFT计算。反应开始于1a和NaI形成的EDA复合物，在LED灯的照射下，激发跃迁至单重态激发态1EDA*，从而导致C-N键的断裂，产生相应的烷基自由基2IM1。1EDA*可能直接断裂产生烷基自由基，也可能跌落至三重态的3EDA经历一个过渡态3TS1+后产生烷基自由基。随后的过程就水到渠成了，2a可以作为一个自由基捕获剂捕获2IM1，再经历过渡态2TS产生2IM2。最后2IM2上质子的释放可能存在两种方式，一种为Py-Na+I•自由基经历3TS3+提取氢，产生最后的产物，同时实现了NaI的再生，另外一种是2IM2上的电子通过单电子转移到NaI上，之后Py-Na+I•裂解产生的Py提取氢，再得到产物。
图4
（来源：Org. Lett.）
总结：中国科学院大学协同创新课题组发展了一种仅利用NaI和Katritzky盐来合成β,γ-不饱和羰基化合物的简单方法。DFT计算研究表明仅仅利用NaI与Katritzky盐的弱相互作用就促进体系形成EDA复合物，同时进一步揭示了该过程的反应机理。该方法原料易得，不使用过渡金属催化剂和任何添加剂，操作简便，具备较强的通用性。
该工作得到了国家自然科学基金（21773240，22001248）的支持，相关工作发表在期刊Org. Lett.上（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c04287）。该论文通讯作者是中国科学院大学陈祥雨副教授及汪志祥教授，共同第一作者是研究生张超深、鲍雷，该论文作者为：Chao-Shen Zhang; Lei Bao; Kun-Quan Chen; Zhi-Xiang Wang; Xiang-Yu Chen。
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