【人物与科研】郑州大学陈晓岚/於兵教授课题组Chem. Sci.：通过电子给体-受体复合物实现可见光诱导的自由基芳基化反应

导语

芳基自由基在有机合成中应用广泛。传统生成芳基自由基的方法主要依赖于芳基卤化物、芳基重氮盐的还原，或者芳肼、芳基硼酸的氧化。然而，目前已报道的反应体系中，自由基前体的适用范围仅限于简单芳基自由基的生成，且反应需要使用有毒或昂贵的试剂、苛刻的氧化剂或还原剂。近日，郑州大学陈晓岚/於兵教授课题组通过芳基噻嗯盐和三乙烯二胺（DABCO）在线产生电子给体-受体（EDA）复合物，实现了光照条件下芳基自由基的引发（Scheme 1），有效避免了光催化剂和氧化还原剂的使用，成功地对多种杂环化合物芳基官能团化，并且对大量药物分子进行后修饰。相关研究成果发表在Chem. Sci.上（DOI: 10.1039/D2SC01241C）。

Scheme 1. Photocatalytic Arylation of Aryl Sulfonium Salts

（来源：Chem. Sci.）

陈晓岚/於兵课题组简介

郑州大学陈晓岚/於兵课题组一直致力于绿色有机合成化学、有机杂原子化学方面的研究；迄今为止，相关研究在J. Am. Chem. Soc.、Chem. Sci.、ACS Catal.、Green Chem.、Org. Lett.、Chem. Comm.、ChemSusChem、ACS Sustainable Chem. Eng.、Org. Chem. Front.、Chin. J. Catal.、Chin. Chem. Lett.等国内外知名期刊上发表论文多篇。

前沿科研成果

通过电子给体-受体复合物实现可见光诱导的自由基芳基化反应

作者首先以氮杂脲嘧啶和甲苯芳基噻嗯盐为模板底物进行反应条件优化，最终在最佳反应条件下以82%的收率得到目标产物。在最佳反应条件下，作者考察了该反应的底物范围（Scheme 2）。多种官能团化的氮杂脲嘧啶和芳基噻嗯盐均能以中等到良好的产率合成目标化合物3-40。随后，作者探索了的喹喔啉-2(1H)-酮作为的底物适用范围，同样以中等到良好的产率获得芳基化产物41-94。为了进一步扩展该反应的通用性，作者还对其他骨架的杂环底物进行探究，获得芳基化产物95-100。值得一提的是，作者还对药物分子进行了芳基化修饰，进一步验证了该方法的应用性。    

Scheme 2. Substrate scope

（来源：Chem. Sci.）

为了对实验机理进一步研究，作者向模板反应体系中分别加入自由基抑制剂2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物（TEMPO）、1,1-二苯乙烯和还原剂氯化亚铜CuCl，可以观察到产物3的收率明显下降，且通过高分辨质谱（HRMS）可以捕获到芳基自由基与TEMPO和1,1-二苯乙烯的加合产物103和104（Scheme 3），表明该反应经历了自由基的历程。

Scheme 3. Radical trapping experiments

（来源：Chem. Sci.）

随后作者通过紫外可见吸收光谱、¹H NMR滴定实验、Job's plot曲线、DFT计算等手段，证实了芳基噻嗯盐和三乙烯二胺（DABCO）之间有效形成了电子给体-受体（EDA）复合物。最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）之间的低能隙仅为0.64 eV，证实可见光可促进复合物内的电子转移过程（Figure 1）。

Figure 1. (a) UV-Vis absorption spectra of reactant mixtures recorded in CH₃CN in 1-mm path-length quartz cuvettes, and visual appearance of the separate reaction components and the colored EDA complex between compound 2 and DABCO. (b) Calculated bond distances of arylsulfonium salt 2 and DABCO. (c) Calculated HOMO and LUMO of the EDA complex

（来源：Chem. Sci.）

基于上述实验及相关的文献报道，作者提出了可能的反应机理（Scheme 5）：首先，DABCO与芳基噻蒽盐2结合生成EDA络合物，在可见光照射下产生芳基自由基105，噻蒽和DABCO^•+（108）。接着，芳基自由基105对氮杂脲嘧啶1的C=N键进行自由基加成得到中间体106，经历1,2-氢迁移后得到自由基中间体107，自由基中间体107可被DABCO^•+（108）氧化为碳正离子中间体109，最终通过去质子化转化为最终产物3（Scheme 4）。

Scheme 4. Plausible reaction mechanism

（来源：Chem. Sci.）

总结：郑州大学陈晓岚、於兵教授课题组开发了一种光催化电子给体-受体复合物形成芳基自由基的新策略，合成了90多个芳基化产物，最高收率可达94%。该成果近期以“A General Electron Donor–Acceptor Complex for Photoactivation of Arenes via Thianthrenation”为题发表在Chem. Sci.（DOI: 10.1039/D2SC01241C）上，郑州大学青年教师孙凯博士为第一作者，陈晓岚教授、於兵教授为共同通讯作者。论文作者：Kai Sun、Anzai Shi、Yan Liu、Xiaolan Chen*、Panjie Xiang、Xiaotong Wang、Lingbo Qu and Bing Yu*。该工作得到了国家自然科学基金面上项目、中原学者基金、河南省优秀青年基金、河南省高等学校重点科研项目及郑州大学专项基金的资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

关于人物与科研

今天，科技元素在经济生活中日益受到重视，中国迎来“科学技术爆发的节点”。科技进步的背后是无数科学家的耕耘。在追求创新驱动的大背景下，化学领域国际合作加强，学成归国人员在研发领域的影响日益突出，国内涌现出众多优秀课题组。为此，CBG资讯采取1+X报道机制，携手ChemBeanGo APP、ChemBeanGo官博、CBG资讯公众号等平台推出“人物与科研”栏目，走近国内颇具代表性的课题组，关注研究、倾听故事、记录风采、发掘精神。欢迎来稿，详情请联系C菌微信号：chembeango101。

CBG资讯一直致力于追踪新鲜科研资讯、解读前沿科研成果。如果你也对科研干货、高校招聘、不定期福利（现金红包、翻译奖励、实验室耗材优惠券等）有兴趣，那么，请长按并识别下图二维码，添加C菌微信（微信号：chembeango101），备注：进群。

●天津师范大学李春举Acc. Chem. Res. 综述：联苯[n]芳烃的模块化合成、可定制的空腔尺寸和丰富骨架功能●浙江师范大学袁浙梁课题组OL：三氟甲基亚硒砜——新型亲电试剂及其在（杂）芳烃C-H键三氟甲硒基化反应中的应用●华中师大吴安心课题组：碘介导的四氢异喹啉N–H/α-C(sp3)–H双官能团化：[2+2+1]环化合成吡咯并[2,1-a]异喹啉●郑州大学陈晓岚/於兵教授课题组Org. Lett.：自由基串联环化反应新骨架--1-丙烯酰基-2-氰基吲哚类化合物●陕西师范大学王涛课题组Org. Lett.：“中心-轴”手性转换策略合成C-N轴手性N-芳基吡咯