【有机】Nat. Chem.：光催化的不对称C-C键交叉偶联反应

近年来，光催化反应发掘了催化活化的潜力，使其不局限于原有的基态反应活性，这为不对称催化提供了新的反应途径（Fig. 1a）。例如，PaoloMelchiorre课题组报道了在可见光激发下，手性有机小分子催化中间体可以产生传统基态催化反应所不具备的新型催化功能。另外，手性路易斯酸通过与羰基底物配位形成光敏中间体也已被用于引发光催化的不对称自由基转化。相比之下，利用光从手性有机金属配合物中发展出新颖反应模式的报道仍较少。近日，西班牙加泰罗尼亚化学研究所（ICIQ）的Paolo Melchiorre教授课题组发现在可见光照射下能够改变手性烯丙基-铱(III)配合物的原有的反应活性，进而实现基于自由基机制的对映选择性途径。该光化学策略能够完成热力学条件下无法实现的烯丙醇与自由基前体的对映选择性烷基-烷基交叉偶联反应（Fig. 1b）。相关研究成果发表在Nat. Chem.上（DOI: 10.1038/s41557-021-00683-5）。

（图片来源：Nat. Chem.）

Carreira课题组最初报道了[Ir(cod)Cl]₂与手性亚磷酰胺-烯烃配体(S)-L配位后生成配合物Ir-1，它可以促进多种亲核试剂与烯丙醇1氧化加成，并以优异的立体和区域选择性得到支链产物（Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 3139）。作者发现在弱蓝光（460 nm）照射下可以改变它的催化活性。作者先是分离得到呈亮橙色的Ir-1配合物，这表明它具有吸收可见光的能力（Fig. 2b）。然后对Ir-1做了电化学、光谱测试以及利用Rehm-Weller公式确定它在激发态下的氧化还原电位为（E^* (Ir-1(III)^*/Ir-1(II))= +1.24 V）下，这意味着光激发可以将亲电子的基态配合物Ir-1转变为良好的SET氧化剂。

为验证Ir-1^*在激发态时能否经电子转移机制活化在热条件下不会反应的非亲核底物，作者选择三甲基硅咔唑2a为模型底物进行发光猝灭分析来评估激发态的烯丙基-铱络合物Ir-1^*与2a相互作用的可行性（Fig. 2b）。因为（1）2a的氧化还原电位为（E (2a^•+/2a)= +1.13 V vs Ag/Ag⁺ in CH₃CN)，这表明它能被激发态的Ir-1^*经SET氧化，以及（2）三甲基硅基（TMS）辅助基团能通过电子转移促进自由基形成。一系列Stern-Volmer猝灭实验表明硅烷2a可以有效地猝灭Ir-1^*的激发态，因此2a是合适的底物。随后，作者对该不对称偶联反应进行条件筛选。在三氟乙酸和催化量的[Ir(cod)Cl]₂和(S)-L存在下，烯丙醇1a和硅烷2a在丙酮中蓝光照射12小时，以58%的收率得到支链选择性的交叉偶联产物3a，er值为93:7（entry 1）。对照实验表明在黑暗中或在自由基捕获剂（TEMPO）存在下反应活性被完全抑制。将自由基前体换成1,4-二氢吡啶 2c时（E (2c^•+/2c)= +0.96 V vs Ag/Ag⁺ in CH₃CN）时，反应收率最佳，且具有优异的立体选择性（entry 4）。此外，使用(R)-L配体则可以获得相反的对映异构体产物ent-3a（entry 7）。

（图片来源：Nat. Chem.）

在最优反应条件下，作者探究了自由基前体2的普适性（Table 1）。咔唑骨架上连有多种取代基（例如烷基、卤素和硼官能团）的1,4-二氢吡啶可以较高的收率和对映选择性得到相应的产物3b-3h。利用其他的α-氨基自由基前体能够在产物3i-3p上立体选择性地引入有价值的氮杂环片段（如吲哚、羟吲哚、3,4-二氢喹诺酮和喹诺酮等）。另外，非环状的氨基甲酸酯也能顺利获得偶联产物3q和3r。接着，作者考察了烯丙醇1的适用范围。在苯环邻、间、对位连有多种官能团的底物顺利反应得到相应的产物4a-4o，并且官能团具有良好的耐受性，炔基、硅基、硼和卤素等都能耐受。

（图片来源：Nat. Chem.）

基于以上实验结果，作者提出了一个合理的催化循环（Fig. 3）。由[Ir(cod)Cl]₂和配体L络合生成手性Ir(I)预催化剂，在酸促进下与烯丙醇1经氧化加成产生（η³-烯丙基）铱(III)配合物Ir-1。在可见光照射时，激发的Ir-1*通过SET氧化活化自由基前体2。该氧化还原步骤开启了一个独特的反应模式，因为它在引发自由基I形成的同时，产生了自由基阳离子III和铱(II)中心II。后者被中间体I经自由基-金属交叉捕获形成更稳定的铱(III)配合物IV。最终，IV经区域和立体选择性还原消除形成C(sp³)-C(sp³)键得到产物3，同时再生出活性Ir(I)催化剂。

（图片来源：Nat. Chem.）

总结：在可见光照射下，手性烯丙基-铱(III)配合物可以改变其原有的反应活性，实现烯丙醇与自由基前体的对映选择性烷基-烷基交叉偶联反应。这为进一步扩展光致激发在不对称过渡金属催化中的潜力提供了参考。

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