【有机】西班牙加泰罗尼亚化学研究所Ruben Martin课题组：光诱导sp3 C-C/杂原子键的去官能团化反应

导读：

近日，西班牙加泰罗尼亚化学研究所Ruben Martin课题组开发了一种光诱导sp³ C-杂原子和sp³ C-C键去官能团化的策略，反应中使用光激发的三重态酮催化剂和联吡啶添加剂。该策略底物范围广泛，无需使用过渡金属催化剂或化学计量还原剂，可作为活化σ sp³ C-C/杂原子键的补充方法。机理研究表明，2,2'-联吡啶的存在提高了羰基自由基中间体的寿命。相关研究成果发表在ACS Catal.上（DOI: 10.1021/acscatal.1c05329）。

（图片来源：ACS Catal.）

正文：

在过去几十年里，以化学、区域和对映选择性方式构建sp³ C-C/杂原子键的催化策略已取得重大的进展（Scheme 1, path a）。相比之下，对于sp³去官能团化反应却很少被研究（Scheme 1, path b）。σ sp³ C-C/杂原子键的活化需较高的能量，其去官能团化反应通常依赖于有毒的锡试剂、金属催化剂或化学计量的有机金属试剂。Stephenson和Lee课题组报道了通过open-shell中间体实现的非活化烷基碘的光脱卤反应，该反应需要使用化学计量的叔胺还原剂。尽管已取得一定的进展，但在无有机金属试剂或金属催化剂的情况下，实现非活化卤代烷烃和σ sp³ C-C、C-O和C-N键的去官能团化的通用策略仍有待开发。在此，Ruben Martin课题组报道了一种使用三重态酮光敏剂，可实现sp³ C-C/杂原子键的去官能团化反应（Scheme 2）。

（图片来源：ACS Catal.）

（图片来源：ACS Catal.）

首先，作者以烷基溴1a作为模型底物，对反应条件进行了大量的筛选（Table 1）。筛选结果表明，当以A1为光敏剂，L1为配体，TBAI为添加剂，KHCO₃为碱，底物在CFL（32 W）辐射下于1,3-二氧环戊烷溶剂中室温反应，可获得98%收率的产物2a。

（图片来源：ACS Catal.）

在获得上述最佳反应条件后，作者首先对非活化烷基溴1a-1z的底物范围进行了扩展（Scheme 3）。反应结果表明，一系列一级（1a-1o）、二级（1p-1y）和三级烷基溴（1z），均可顺利反应，获得相应的产物2a-2z，收率为65-98%。值得注意的是，该反应具有出色的化学选择性，酮、酰胺、酯、氨基甲酸酯、磺酸酯、磺酰胺等均与体系兼容。

（图片来源：ACS Catal.）

紧接着，作者对光还原sp³ C-N、C-O和C-C键的范围进行了扩展（Scheme 4）。反应结果表明，一系列烷基吡啶鎓盐（3a-3d）、烷基磺酸盐（4a-4c）和NHPI酯（5a−5c），均可顺利进行反应，收率51-95%。值得注意的是，该策略可用于一些生物活性分子和药物分子的去官能团化反应，如奥司他韦（6a）、色氨酸（6d）、吲哚美辛（6b）、吉非罗齐（8b）等。

（图片来源：ACS Catal.）

此外，对于同时含有烷基酯和sp³ C-Br键的分子，反应可实现出色的位点选择性（Scheme 5）。例如，以9a/9b和11a/11b为底物时，可选择性地实现sp³ C-Br键或sp³ C-C键的选择性断裂。

（图片来源：ACS Catal.）

此外，作者还对反应机理进行了进一步的研究（Scheme 6）。首先，化合物13在标准条件反应时，可获得环化产物14，涉及5-exo-dig环化的过程。其次，通过使用THF和THF-d₈对1a或1t进行的两次平行性光还原反应中，作者观察到显著的一级动力学同位素效应，从而表明HAT可能参与反应的决速步骤。同时，一系列烷基(拟)卤化物在THF-d₈中进行的光化学还原反应，可将氘原子掺入烷烃的侧链上，如15、2q-D、2m-D和2y-D。此外，作者还发现，当体系存在L1配体时，关键中间体II的浓度会增加，从而表明L1配体可提高II进行SET过程的效率。

（图片来源：ACS Catal.）

总结：西班牙加泰罗尼亚化学研究所Ruben Martin课题组报道了一种使用光激发的三重态酮催化剂，可实现sp³ C-Br、C-N、C-O和C-C键的去官能团化反应。该反应具有反应条件温和、底物范围广泛、化学选择性出色等特点。此外，该反应无需有机金属试剂、过渡金属催化剂或化学计量的氢原子转移试剂，可直接实现光还原sp³ σ-键的活化。

论文信息：

Defunctionalization of sp³ C−Heteroatom and sp³ C−C Bonds Enabled by Photoexcited Triplet Ketone Catalysts

YitingGu,‡ Hongfei Yin,‡ Matthew Wakeling, Juzeng An, and Ruben Martin*

ACS Catal. DOI: 10.1021/acscatal.1c05329

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