【有机】可见光-光氧化还原催化剂催化烷基砜与偕二氟烯烃的脱磺酰基偶联反应

单氟烯烃可作为酰胺官能团的生物同位素，因其生物活性和代谢稳定性而得到广泛应用（Scheme 1a）。偕二氟烯烃容易合成，并能通过简单的亲核试剂、自由基前体、氧化还原活化物和烷烃的脱氟官能团化反应制备热力学稳定的Z-单氟烯烃（Scheme 1b）。日本名古屋大学Masakazu Nambo和Cathleen M. Crudden团队基于砜在催化中的应用，发现可见光-光氧化还原催化剂可用于催化叔烷基砜的还原脱磺酰化以及偕二氟烯烃脱氟官能团化反应（Scheme 1c）。此外，通过文献调研，该团队发现Zn/1,10-菲咯啉体系或可见光可将烷基砜转化为烷基自由基，进而与各种丙烯酸酯衍生物发生Giese型反应，但该类反应底物范围比较局限。基于上述研究背景，Masakazu Nambo和Cathleen M. Crudden团队开发了光氧化还原铱催化剂催化叔烷基砜与偕二氟烯烃的脱磺酰基自由基加成反应，并能以良好的收率和Z/E比得到一系列热力学不利的E-氟烯烃（Scheme 1c）。相关研究成果发表于Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1021/acscatal.2c02233）。

（图片来源：ACS Catal.）

作者以3-苯基-1,1-二甲基丙基-1-苯基四唑基砜（1a）与偕二氟苯乙烯（2a）为模板底物，通过对催化剂、配体以及溶剂等条件进行筛选，确定最优条件为（Table 1）：在蓝光照射下，以1 mol% [Ir(dF(CF₃)-ppy)₂(dtbpy)]PF₆为催化剂，以3 equiv NH₄Cl和6 equiv Et₃N为添加剂，以MeCN为溶剂，在室温条件下反应16 h，能以85%的分离收率和85:15的E/Z比得到产物E-3a。

（图片来源：ACS Catal.）

在最优反应条件下，作者对偕二氟烯烃的底物范围进行了考察（Table 2）。各种对位苯基、各种杂芳基取代、2-萘基以及9-菲基取代的偕二氟烯烃均能较好地适应反应条件，并能以中等至良好的收率和良好至优异的E/Z比得到相应E-构型产物。但1,1-二氟-2,2-二苯基乙烯只能以较低的收率得到四取代的单氟烯烃。吸电子取代的二氟苯乙烯可以得到E-构型的产物，而电中性或给电子取代的二氟苯乙烯则主要生成Z-构型的产物。

（图片来源：ACS Catal.）

接下来，作者考察了砜的底物范围（Table 3）。3-苯并噻吩基叔烷基砜、含甲硅烷氧基、氯、缩醛、酯和烯基等官能团的非环状叔砜以及环烷基叔烷基砜均能较好地适用反应条件，并能以良好的收率和良好至优秀的E/Z比得到相应E-构型产物。但仲烷基砜只能以较低的收率和E/Z比得到相应产物。

（图片来源：ACS Catal.）

为了证明反应的应用潜力，作者进行了一系列衍生反应（Scheme 2）。在盐酸水溶液作用下，3dh可发生环化反应，转化为苯并噻吩稠合氟代环庚三烯8。此外，在适当条件下，3fh和3gh也可分别转化为相应的环化产物9或10。

（图片来源：ACS Catal.）

为了进一步阐明反应机理，作者进行了对照实验（Figure 1）。这些结果表明该反应是先经历烯烃的自由基加成，然后再经历单电子转移（SET）过程以及脱氟过程。

（图片来源：ACS Catal.）

接下来，作者研究了反应立体选择性的起源（Figure 2）。Figure 2中的对照实验结果表明Ir-催化剂参与偶联反应和光致异构化过程，且异构化为较不稳定的异构体。其中，反应的异构化程度由氟代烯烃上芳基取代基的性质和最初形成产物的E/Z异构化速率控制。

（图片来源：ACS Catal.）

为了进一步了解氟代烯烃上芳基取代基的性质对产物异构化程度的影响，作者进行了TD-DFT计算（Figure 3）。计算结果表明：当异构体的ΔE_Z‑E低时，反应趋于生成Z-构型产物（Figure 3b，红色）；相反，若ΔE_Z‑E高时，则反应趋于生成E-构型产物（Figure 3b，蓝色）。该计算结果与实验结果保持一致，这表明测定异构体的ΔE可以预测产物的构型以及异构成目标异构体所需的时间。

（图片来源：ACS Catal.）

基于实验和理论结果，作者提出反应机理（Figure 4）：首先，在可见光照射下，光激发的Ir(III)络合物经历Et₃N的还原猝灭生成Ir(II)络合物；随后，Ir(II)络合物与烷基砜1经历SET过程生成砜阴离子自由基20，同时，Ir(III)络合物再生；紧接着，20的碎片、烷基自由基与偕二氟烯烃2反应生成中间体21；然后，21发生Ir-介导的SET过程和氟消除过程生成热力学稳定的异构体Z-3；最后，Z-3在Ir-催化剂作用下异构为主产物E-3。

（图片来源：ACS Catal.）

小结：日本名古屋大学Masakazu Nambo和Cathleen M. Crudden团队成功开发了光氧化还原铱催化叔烷基砜与偕二氟烯烃的脱磺酰基自由基加成反应，并能以良好的收率和Z/E比得到一系列热力学不利的E-氟烯烃。

论文信息：

Desulfonylative Coupling of Alkylsulfones with gem-Difluoroalkenes by Visible-Light Photoredox Catalysis

Masakazu Nambo,* Koushik Ghosh,^§ Jacky C.-H. Yim,^§ Yasuyo Tahara, Naoto Inai, Takeshi Yanai, and Cathleen M. Crudden*

ACS Catal. DOI: 10.1021/acscatal.2c02233

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