华师大刘路教授《自然·通讯》：新型AIE骨架的设计—含硫四取代烯烃的立体选择性合成

自从唐本忠院士发现聚集诱导发光 (Aggregation-Induced Emission, AIE) 特性以来，具有该特性的分子已经广泛的用于OLED、化学传感器、生物成像和辅助治疗等领域，一类经典的AIE分子是四芳基烯烃化合物，由于硫原子的独特性质，在传统的四芳基烯烃化合物上引入硫原子可达到改变此类分子光物理性质的目的，从而开发出具有不同适用价值的发光材料。然而含硫多取代烯烃的立体选择性合成仍然具有挑战性。华东师范大学刘路教授课题组一直关注重氮参与的卡宾转移反应，前期已经开发出苯酚、萘酚以及甲苯的高位点选择性C(sp²)-H官能团化反应 (Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 506; J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6904; Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 14807; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 2749; Chem. Sci., 2016, 7, 1988; Chem. Sci., 2019, 10, 6553; Chem. Commun, 2017, 53, 10164)和串联/环化及去芳构化反应(Chem. Commun. 2016, 52, 2257; Chem. Commun., 2016, 52, 9351; Org. Lett. 2018, 20, 6444; Chem. Commun., 2020, 56, 8202)。（图1）

图1. 重氮参与的卡宾转移反应

基于已有的研究，近日刘路教授课题组发展了一种铑催化下重氮酮类化合物与酰基硫酯快速制备高立体选择性的含硫四取代烯烃（TVS）的方法，获得的TVS是一类新颖的AIE分子。该方法不同于三种已知的硫叶立德迁移反应，而是经历新颖的1,4-酰基迁移过程。该反应在室温条件下，5-10分钟即可完成，具有反应速率快、产率高、条件温和、普适性广、原子利用率高以及高立体选择性等特点。（图2）

图2. TVSs的设计与合成

在标准条件下，作者进行了底物的拓展，均取得很好的效果，制备得到一系列的TVS，说明该反应具有优异的应用范围。值得一提的是，作者还进行了初步药物相关的研究，当反应物中含有胆固醇、雌二醇、卡多曲时能顺利获得产物，吉非贝齐、阿斯匹林和吲哚美辛可作为迁移基团发生1,4-酰基迁移反应，说明该反应作为高效的合成工具有应用于药物化学、生物化学和材料科学的巨大潜力。由于大环自身的张力，含硫大环的合成方法仍然是有限的，随后作者将开发的反应用于小环硫代酸酯的扩环，能成功获得含硫 7-10元的中到大环化合物，进一步丰富了含硫大环功能分子的合成策略。（图3）

图3. 1,4-酰基迁移反应的范围探究

克级规模反应中，可以将催化剂用量降低至万分之二，并且通过重结晶就能提纯产物，产率达73%，催化剂效率高达3650，这展现出应用于大规模生产的潜力，进一步的衍生化可获得含亚砜及砜的四取代烯烃，还可以用Sonogashira或者Negishi反应进一步偶联芳基或炔基（图4）。随后作者还对反应的机理进行了探究，通过交叉实验和DFT计算说明该反应经历分子内迁移的过程，五元环过渡态是控制立体选择性的关键原因（图5）。

图4. 克级规模制备及衍生化

图5. 交叉实验

最后作者对制备的TVSs进行了一系列光物理活性测试，证明该化合物是一类新型的AIE分子，值得注意的是测试结果表明含不同取代基的TVS具有不同的光物理性质, 如图6所示。TVSs的进一步开发，以及有关光学性能和材料应用的相关研究还在陆续开展中。

图6. 光学活性测试

相关成果于2021年12月15日在线发表于《Nature Communications》上 (Nat. Commun. 2021, 12, 7298)。华东师范大学2018级博士生刘迅绅为论文第一作者，硕士生唐智琼和本科生李名家也参与此课题的研究，徐林教授在光学性质测试部分给予了帮助，复旦大学李志铭教授完成了DFT计算方面的工作，李志铭教授和刘路教授和为论文共同通讯作者，该工作得到了国家自然基金科学委、上海市科委项目的资助。

导师简介：

刘路，华东师范大学化学与分子工程学院教授、博士生导师，化学院教学指导分委会副主任、有机化学学科主任。2001年本科毕业于华东师范大学化学系，2010年在华东师范大学获得博士学位，师从张俊良教授。同年进入美国Miami大学Hong Wang小组进行博士后研究。2013年7月回到华东师范大学任教，2014年获得上海市“浦江人才计划”项目资助，多次获得国家自然科学基金委“面上项目”以及上海市基础研究重点项目等资助。研究领域包括重氮参与的卡宾转移反应、不对称催化、新型手性膦催化剂的设计与应用以及有机发光材料的设计与合成等。研究成果在Chem. Soc. Rev., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci., ACS Catal.等国际知名杂志上发表文章50多篇。主编教材《现代有机化学实验》，在中国大学MOOC上开设在线课程《有机化学实验I》和《有机化学实验II》两门，选课人数超过3万。获得荣誉包括上海市浦江人才计划（2014），华东师范大学本科教学年度贡献奖（2018），2018年华东师范大学自然科学二等奖（第一完成人，2019），入选英国皇家化学会ChemComm Emerging Investigators（2020），晋升为中国化学会高级会员（2021）。

个人主页：

https://faculty.ecnu.edu.cn/_s34/ll2/main.psp

来源：高分子科学前沿