Angew. Chem. ：可见光催化无金属条件下(杂)芳烃的选择性碳氢烷基化反应

烷基取代的芳烃在药物化学、材料化学和能源化学中占有重要地位。芳烃碳氢键的直接烷基化是合成烷基取代芳烃的最重要和最直接的反应之一。芳烃碳氢键直接烷基化最经典的方法包括著名的Friedel-Crafts烷基化反应。由于反应自身的特点以及涉及碳正离子中间体等，使得该反应在反应条件、底物范围、官能团兼容性和选择性等方面的局限性也非常明显。在过去的几十年里，定位基团导向的过渡金属催化的芳烃邻位碳氢键的烷基化反应受到极大的关注。该策略可以实现特定位点的链式和支链烷基化反应(图1a)。后来的探索发现重氮化合物在过渡金属或者可见光催化条件下可以作为特定的烷基化试剂实现芳基碳氢键的直接烷基化(图1b)。因此，发展在温和条件下更加普适的芳烃碳氢键的直接烷基化反应具有重要意义和很高的挑战性。在课题组前期研究的基础上，南方科技大学舒伟课题组发展了一种在室温和无金属条件下，可见光催化的利用烯烃作为烷基化试剂，一步实现芳烃碳氢键的选择性烷基化的高效方法(图1c)。该反应实现了芳基自由基阳离子的自由基优先淬灭路径，从而实现芳烃与烯烃的直接偶联。该方法使用简单易得的原料，无需进行预官能团化，具有100%的原子经济性。

图1. 芳烃碳氢键的直接烷基化反应

在最优条件下，该反应适用于具有不同取代模式的多种芳香体系的碳氢烷基化，如噻吩、呋喃、吡咯、苯、吲唑、吡啶、噻唑和多种富氮杂芳烃等，以50%-97%的产率得到区域选择性的碳氢烷基化产物。奥沙普秦、刺芒柄花素和非布索坦的芳烃衍生物也可以选择性地进行碳氢烷基化反应。值得注意的是，该反应能很好地兼容多种具有不同电子效应和位阻效应的烯烃，包括末端烯烃、非末端烯烃、环状烯烃、开链烯烃、芳基烯烃、烷基烯烃、烯基醚、烯基胺、烯丙醇、烯酸酯、烯基硼、烯基卤代物、烯炔等，以53%-89%的产率实现相应的芳烃碳氢烷基化反应。值得一提的是，炔烃也能作为烯基化试剂实现芳烃碳氢键的直接烯基化反应(图2)。

图2. 部分芳烃碳氢键烷基化产物

在开展一系列机理实验后，作者提出了以下反应机理：在可见光照射下，激发态光敏剂(PC*)将芳烃1单电子氧化生成芳基自由基阳离子A。该芳基自由基阳离子对烯烃进行自由基加成生成芳基阳离子烷基自由基中间体B。该中间体在硫酚存在下快速发生氢原子转移反应(HAT)生成芳基阳离子中间体C。该中间体失去质子重构芳香性生成芳烃碳氢键的直接烷基化产物3 (图3)。目前不能排除在个别底物反应中，反应从氧化烯烃启动。

图3. 可能的反应机理

综上所述，舒伟课题组在无金属可见光催化条件下利用烯烃作为简单易得的烷基化试剂，实现了(杂)芳烃的区域选择性碳氢键直接烷基化反应。该反应适用于具有不同电子效应和位阻效应的富电子芳烃，可以将活化烯烃（如烯基硼、烯酸酯、烯基卤代物、芳基烯烃）和非活化烷基烯烃作为模块化烷基化试剂。该反应具有优异的官能团兼容性，可以兼容醇、酰胺、酯、炔烃、烯烃、酮、醚、卤素、硼酸、硅醚等多种官能团，为芳烃碳氢键的选择性烷基化提供了一种直接的方法。

论文信息

Organophotocatalytic Regioselective C−H Alkylation of Electron-Rich Arenes Using Activated and Unactivated Alkenes

Bi-Hong Chen, Dr. Yi-Dan Du, Prof. Dr. Wei Shu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202200773