袁 鑫，邱江凱，郭 凱

(南京工業(yè)大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院，江蘇 南京 211800)

炔烴為一類(lèi)含有不飽和碳—碳三鍵的化合物，通過(guò)碳原子sp雜化，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使分子具有較高的反應(yīng)活性[1]。如何利用炔烴構(gòu)建有價(jià)值的分子骨架一直廣受人們的關(guān)注。其中，炔烴的雙官能化是一種合成簡(jiǎn)單功能化化合物的有效方法，可以將炔烴轉(zhuǎn)化為多種有機(jī)骨架。

太陽(yáng)光是清潔的可再生能源，是大自然贈(zèng)予人們的寶貴財(cái)富。1984年，Canoy等[2]首次報(bào)道了以[Ru(bpy)3](BF4)2作為光催化劑，在藍(lán)光LED燈的照射下,以較高收率實(shí)現(xiàn)了Pschorr反應(yīng)。然而在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)，可見(jiàn)光的能量不能直接引發(fā)常見(jiàn)的有機(jī)小分子化合物，必須依靠可見(jiàn)光的光敏劑引發(fā)，促使電子轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)光反應(yīng)。因此，在之后的20年內(nèi)，光催化反應(yīng)并沒(méi)有得到有機(jī)化學(xué)家們的關(guān)注，直至金屬多吡啶絡(luò)合物和有機(jī)染料可以在很溫和的條件下，作為光敏劑參與反應(yīng)被廣泛報(bào)道。2008年，Ischay等[3]報(bào)道了以[Ru(bpy)3]Cl2作為光敏劑，在可見(jiàn)光光催化條件下，實(shí)現(xiàn)了分子內(nèi)[2+2]環(huán)的加成反應(yīng)。同年，Nicewicz等[4]報(bào)道了以[Ru(bpy)3]Cl2為光催化劑，首次將可見(jiàn)光催化劑和有機(jī)小分子催化結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了α-位不對(duì)稱(chēng)烷基化的反應(yīng)。這些具有重要意義的工作使光催化重新進(jìn)入有機(jī)化學(xué)家們的視野，并得到了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。近十年來(lái)，可見(jiàn)光催化在反應(yīng)方法學(xué)上有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

在光催化循環(huán)中，光敏劑吸收可見(jiàn)光產(chǎn)生活性中間體，這些激發(fā)態(tài)中間體具有較強(qiáng)的氧化和還原能力，通過(guò)電子轉(zhuǎn)移的方式將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。光循環(huán)機(jī)制分為兩類(lèi),分別是氧化淬滅和還原淬滅循環(huán)。在有機(jī)化合物氧化劑和還原劑的存在下，激發(fā)態(tài)中間體被電子供體還原淬滅，而電子受體淬滅則為氧化淬滅。相比不穩(wěn)定的自由基引發(fā)劑，光敏劑并不直接作為金屬氧化還原劑參與反應(yīng)，而是在溫和的條件下,傳遞來(lái)自有機(jī)化合物氧化劑和還原劑的電子，其安全高效的特點(diǎn)符合綠色化學(xué)的理念。而光氧化還原催化和金屬雙循環(huán)催化的機(jī)制途徑一般分為氧化還原途徑或能量轉(zhuǎn)移途徑[5]。

在還原性淬滅途徑中，激發(fā)態(tài)光催化劑可以被電子給體還原，從而得到作為強(qiáng)還原劑的物種。相應(yīng)的，激發(fā)態(tài)光催化劑可以被電子受體氧化以提供PCox物種。除了光誘導(dǎo)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移，通過(guò)非共價(jià)相互作用組裝的給體和受體之間的光誘導(dǎo)的分子間電荷轉(zhuǎn)移，也是光化學(xué)界中眾所周知的反應(yīng)過(guò)程。

近十年來(lái)，在現(xiàn)代光致氧化還原催化領(lǐng)域中，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的引領(lǐng)，光催化反應(yīng)歷經(jīng)了光致氧化還原-小分子雙重催化[6]、光致氧化劑-過(guò)渡金屬雙重催化[7]、光致氧化劑-有機(jī)小分子-有機(jī)小分子三重催化[8]、光致氧化劑-有機(jī)小分子-過(guò)渡金屬三重催化[9]、光致氧化劑-酶催化[10]和三苯基膦-碘化鈉體系催化[11]的發(fā)展歷程，且每一次新的發(fā)現(xiàn)都預(yù)示著一個(gè)全新的研究方向。

近年來(lái)，可見(jiàn)光催化炔烴的氟烷基化、氧化偶聯(lián)、烯烴和炔烴的雙官能團(tuán)化領(lǐng)域均取得了重要進(jìn)展。含氟類(lèi)化合物由于其溶解度和親酯性的變化，比非含氟類(lèi)似化合物具有更好的膜滲透性和更高的生物利用度。炔烴氟化最直接有效的手段通常為自由基試劑、親核試劑或者親電試劑對(duì)炔烴進(jìn)行的氟化雙官能團(tuán)化。筆者將基于近年來(lái)不同類(lèi)型的氟化試劑對(duì)可見(jiàn)光催化炔烴的含氟雙官能團(tuán)化的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。

1 自由基三氟甲基試劑

1.1 全氟碘代烷烴作為氟源

全氟碘代烷烴(通式CF3(CF2)nI)在合成藥物分子、農(nóng)藥和材料等分子結(jié)構(gòu)中一直占據(jù)著重要地位，在過(guò)去的幾十年里受到了人們廣泛的關(guān)注[12]。傳統(tǒng)的方法是在短波紫外線(10～400 nm)輻射下，使用全氟烷基鹵代物(Rf-X)對(duì)烯烴進(jìn)行自由基全氟烷基化，但該方法通常存在選擇性差、收率低以及反應(yīng)條件苛刻等問(wèn)題[13]。Haszeldine[14]早在1949年就報(bào)道了在光照或者加熱的情況下，三氟甲基碘甲烷(CF3I)會(huì)激發(fā)產(chǎn)生三氟甲基自由基，在乙烯存在的情況下，三氟甲基自由基會(huì)加成到烯烴末端，以生成相應(yīng)的自由基中間體，該自由基中間體從三氟甲基碘甲烷中捕獲一個(gè)碘原子，進(jìn)而產(chǎn)生3-碘-1,1,1-三氟丙烷和三氟甲基自由基(圖1)。

圖1 CF3I生成·CF3的歷程[14]Fig.1 The generation of ·CF3 radical from CF3I[14]

該工作被報(bào)道后，三氟甲基碘甲烷作為碳自由基前體的這種分子間電子轉(zhuǎn)移/自由基加成(ATRA)已經(jīng)成功被應(yīng)用于各種炔烴。Me3Al[15],Et3B/O2[16],Na2S2O4[17],ET2ZN[18],FeSO4/H2O2/DMSO[19]等體系已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于引發(fā)三氟甲基自由基對(duì)炔烴的加成。近年來(lái)，由于可見(jiàn)光(400～760 nm)照射下光氧化還原催化體系的發(fā)展，自由基全氟烷烴化都得到了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展[20-21]。

2012年，Wallentin等[22]提出了一種非常有效的碘代氟代烷基化的方法，利用釕或者銥的在藍(lán)光(375～450 nm)照射下的聯(lián)吡啶配體絡(luò)合物的光氧化還原催化劑，將全氟碘代烷烴引入烯烴和炔烴中進(jìn)行氟化反應(yīng)，該方法條件溫和，可以在0.5 h反應(yīng)得到最高可達(dá)99%產(chǎn)率的目標(biāo)產(chǎn)物。在此研究中，作者提出原子轉(zhuǎn)移自由基加成ATRA的反應(yīng)機(jī)制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，[Ir{(CF3)ppy}2(dtbbpy)]PF6的氧化淬滅可以有效應(yīng)用于ATRA。另外，反應(yīng)條件Ru(bpy)3Cl2的還原淬滅循環(huán)和抗壞血酸鈉在可見(jiàn)光照射下作為犧牲電子供體，全氟烷基碘通過(guò)原子轉(zhuǎn)移自由基加成ATRA的途徑對(duì)炔烴可進(jìn)行有效的加成反應(yīng)。這些結(jié)果表明：光催化劑的氧化和還原淬滅途徑可以相互互補(bǔ)，通過(guò)修改反應(yīng)條件可以控制反應(yīng)構(gòu)型(圖2)。該方案雖然可以有效介導(dǎo)末端炔烴與活化的烷基溴化物和碘化物之間的ATRA，但是反應(yīng)條件不適合活化的烷基氯，1,2-二取代的烯烴或苯乙炔衍生物。

圖2 原子轉(zhuǎn)移自由基加成的機(jī)制路徑[22]Fig.2 The mechanism of ATRA [22]

2014年，Iqbal等[23]發(fā)表了類(lèi)似的工作，即采用同樣的原始底物，利用Ru(phen)2+催化劑作為引發(fā)劑，通過(guò)控制催化劑、溶劑以及堿等細(xì)微的差異，經(jīng)過(guò)ATRA的機(jī)制過(guò)程，獲得炔烴的不同產(chǎn)物,如:碘三氟甲基化，氫三氟甲基化和三氟甲基化 (圖3)，但是該部分工作并不能很好地控制加成產(chǎn)物的構(gòu)型。2016年，該課題組又成功地將Ru(phen)3+應(yīng)用到該催化體系中[24]。值得注意的是，Choi等[25]采用無(wú)機(jī)電子鹽[Ca2N]+·e-作為電子源的自由基介導(dǎo)反應(yīng)，對(duì)未活化的炔烴進(jìn)行氫氟甲基化，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，陰離子從[Ca2N]+·e-的電子轉(zhuǎn)移到三氟甲基化試劑全氟碘代烷烴，以引發(fā)自由基介導(dǎo)的三氟甲基化，反應(yīng)中使用的乙腈同時(shí)充當(dāng)了溶劑和電子釋放促進(jìn)劑以及氫原子源。

圖3 不同的反應(yīng)路徑[23]Fig.3 Different reaction conditions[23]

盡管釕和銥與聯(lián)吡啶配體絡(luò)合的光氧化還原催化劑具備高效的反應(yīng)性能，但成本十分昂貴。因此，近年來(lái)，人們開(kāi)始研究光穩(wěn)定、無(wú)毒性以及廉價(jià)的有機(jī)染料，如：曙紅或者亞甲基藍(lán)等在可見(jiàn)光輻射下作為有機(jī)光氧化還原催化劑的反應(yīng)[26]。2017年，Matsuzaki等[27]探索了有機(jī)染料曙紅Y作為光催化劑催化炔烴的ATRA反應(yīng)[26]。除常規(guī)有機(jī)染料外，人工有機(jī)染料也備受關(guān)注，Kohei等[28]一直致力于對(duì)人工藍(lán)色有機(jī)染料酞菁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造，使溶解性極差的酞菁可以高度溶解于各種有機(jī)溶劑中，并將其應(yīng)用于光催化反應(yīng)中，比較有代表性的工作為三氟乙氧基涂覆的硼亞酞菁可以在能量較低的紅光(600～700 nm)輻照下催化烯烴和炔烴自由基烷基化，該方法高效溫和，但是隨著反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)，催化劑的催化活性會(huì)隨之消失[27]。隨后，該課題組又發(fā)表了在可見(jiàn)光照射下，由三氟乙氧基涂覆的鋅酞菁鋅催化的，包括炔烴在內(nèi)的烯烴自由基全氟烷基化，成功解決了催化劑體系不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，該反應(yīng)同樣是經(jīng)過(guò)一個(gè)ATRA的機(jī)制過(guò)程[28]。

為了降低成本，除了發(fā)展廉價(jià)的有機(jī)染料外，另外一種有效的策略也被人們發(fā)現(xiàn)，即采用廉價(jià)的金屬銅等代替昂貴的銥、釕等金屬與聯(lián)吡啶進(jìn)行配位后，作為光催化劑參與反應(yīng)。2018年，Rawner等[29]使用菲咯啉銅催化劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多吡啶絡(luò)合物金屬有機(jī)催化劑，進(jìn)行光氧化還原催化苯乙烯和苯基乙炔的碘全氟烷基化反應(yīng)。與常用的[Ru(bpy)3]Cl2，[Ru(phen)3]Cl2或fac-Ir(ppy)3相比，[Cu(dap)2]Cl能夠更加有效地將苯乙炔轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的全氟烷基，同位素標(biāo)記的乙苯指出銅催化劑除了光致電子轉(zhuǎn)移外，還具有其他作用。在此工作中，還首次提出了涉及Cu(III)中間體或[CuI]+中間體的配體的分子內(nèi)催化循環(huán)。

隨后，人們將注意力轉(zhuǎn)向?qū)θ矡N底物的結(jié)構(gòu)改造，即將烯烴與炔烴相連，形成1，n-烯炔，并對(duì)其進(jìn)行氟化反應(yīng)。Wang等[30]已開(kāi)發(fā)出一種溫和有效的可見(jiàn)光誘導(dǎo)的原子轉(zhuǎn)移自由基加成物1，n-炔烴(n=6，7)，與全氟烷基鹵化物發(fā)生加成環(huán)化，最終生成全氟鹵代N-雜環(huán)的方法(圖4)。該方案提供了一種溫和的、完全符合原子經(jīng)濟(jì)學(xué)的策略，可以將各種全氟化基團(tuán)例如CF3I，n-C3F7等對(duì)1，6-烯炔，1，7-烯炔進(jìn)行自由基加成環(huán)化。此外，使用帶有叔丁基連接的炔基的1,7-烯炔(n=6，7)進(jìn)行的反應(yīng)亦可實(shí)現(xiàn)氫原子轉(zhuǎn)移(HAT)過(guò)程的環(huán)化，從而產(chǎn)生新的α-鹵代氟代2,4-二氫喹啉化合物。

圖4 可見(jiàn)光催化合成全氟鹵代N-雜環(huán)策略[30]Fig.4 The strategy for halogenated perfluoro-N- heterocyclic by blue LEDs[30]

1.2 三氟甲基磺酰氯(CF3SO2Cl)作為三氟甲基試劑

光催化循環(huán)的啟動(dòng)依賴(lài)于富電子芳烴的氧化作用，全氟碘代烷烴作為氟化試劑參與反應(yīng)往往會(huì)受到競(jìng)爭(zhēng)性芳基碘化，從而降低反應(yīng)效率。因此人們開(kāi)始尋求新的氟化試劑。2011年，Nagib等[31]發(fā)表了將三氟甲基磺酰氯在光照的情況下產(chǎn)生三氟甲基的自由基,并可對(duì)未活化的芳烴和雜芳烴進(jìn)行直接三氟甲基化的工作。在全氟碘代烷烴內(nèi)部采用缺電子體系(SO2)可以更輕松地還原，與其他氟化試劑相比，三氟甲基磺酰氯相對(duì)成本比較低，反應(yīng)后處理簡(jiǎn)單(圖5)。

圖5 可見(jiàn)光催化的雜芳烴的三氟甲基化[31]Fig.5 Trifluoromethylation of heteroarenes by means of photoredox catalysis[31]

隨后利用光催化全氟鹵代烷烴以引發(fā)氟烷基自由基的策略被應(yīng)用到炔烴的含氟雙官能團(tuán)化的研究中。2017年，Han等[32]開(kāi)發(fā)了一種新的在溫和條件下，利用光氧化還原催化芳基炔烴氯三氟甲基化的反應(yīng)。該反應(yīng)利用可以直接購(gòu)買(mǎi)的CF3SO2Cl作為CF3和Cl源，以高區(qū)域選擇性和立體選擇性進(jìn)行反應(yīng)。在此機(jī)制的反應(yīng)過(guò)程中，CF3自由基和氯離子的產(chǎn)生是通過(guò)fac-Ir(ppy)3光催化的CF3SO2Cl還原分解而產(chǎn)生的，通過(guò)Suzuki偶聯(lián)，可以很容易地將三氟甲磺酰氯轉(zhuǎn)化為四取代烯烴(圖6)。

圖6 四取代烯烴合成策略及可能的反應(yīng)機(jī)制[32]Fig.6 The strategy of the synthesis of 1,1-bis-arylated olefin and its possible mechanism[32]

香豆素及其衍生物廣泛存在于天然產(chǎn)物以及藥物活性分子骨架中，因其重要的生物學(xué)和藥理學(xué)特性得到了人們極大的重視[33]。近些年來(lái)，科研人員們就香豆素的合成策略已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了形式多樣的方法。2014年，Li等[34]利用Togni試劑制備含氟香豆素，但該方法底物適用性不廣，缺電子底物的產(chǎn)率往往比較低[35]。2018年，Yuan等[36]報(bào)道了一種高效的方法，可將CF3SO2Cl作三氟甲基自由基源，與3-芳基丙酸酯反應(yīng)構(gòu)建3-三氟甲基香豆素。該反應(yīng)采用級(jí)聯(lián)環(huán)化/脫芳香化/酯遷移/氧化/再芳香化工藝，在藍(lán)光LED燈(16 W)照射下，合成了產(chǎn)物1，為3-三氟甲基香豆素(圖7)，產(chǎn)率可高達(dá)85%。

圖7 可見(jiàn)光催化合成3-三氟甲基香豆素策略[36]Fig.7 The strategy for the synthesis of 3-trifluoro- methylcoumarin by visible light[36]

筆者課題組一直致力于以綠色化學(xué)為主要研究方向。基于前人的可見(jiàn)光催化炔烴的含氟雙官能團(tuán)化的研究工作基礎(chǔ)，課題組開(kāi)發(fā)出在溫和的條件下，有效地利用光氧化還原催化1,7-烯炔的鹵代三氟甲基化反應(yīng)方法[36]。該光催化方案提供了一種有效的功能性策略，分別可通過(guò)兩種不同的自由基途徑,從產(chǎn)物2，即1,7-烯炔中生成CF3-和含鹵素的喹啉類(lèi)化合物(圖8)。其中一種自由基途徑是利用有機(jī)催化劑9-均三甲苯基-10-甲基吖啶四氟硼酸鹽作為光敏劑，以三氟甲基亞磺酸鈉提供三氟甲基自由基，N-鹵代酞酰亞胺C提供鹵原子，合成喹啉類(lèi)化合物。另外一種自由基途徑是以fac-Ir(ppy)3作為光敏劑，以三氟甲基磺酰氯作為自由基供體，同時(shí)提供三氟甲基自由基和氯自由基。基于機(jī)制實(shí)驗(yàn)以及文獻(xiàn)[32]，推測(cè)該光催化鹵代三氟甲基化反應(yīng)的初步合理機(jī)制可能為：最初，可見(jiàn)光將Mes-Acr+誘導(dǎo)為激發(fā)態(tài)Mes-Acr+*，從而還原了Langlois試劑。通過(guò)單電子轉(zhuǎn)移(SET)生成CF3自由基A。隨后，CF3自由基被1,7-烯炔的碳碳雙鍵捕獲，得到季碳自由基B，然后進(jìn)行六元環(huán)環(huán)化反應(yīng)，以形成自由基中間體D。隨后，自由基D可以與來(lái)自NCP的鹵原子偶合，得到鹵代三氟甲基化產(chǎn)物3。方法2的反應(yīng)機(jī)制與方法1相似，該方法使用具有相同的自由基中間體B和D進(jìn)行IrIII/IrIV催化。生成的碳正離子被Cl-捕獲，形成目標(biāo)產(chǎn)物3。

圖8 可見(jiàn)光催化合成喹啉類(lèi)化合物策略[36]Fig.8 The strategy for the synthesis of quinoline compound by visible light[36]

2 親核性三氟甲基試劑

2.1 Langlois試劑

三氟甲基亞磺酸鈉(Langlois試劑)為固體，反應(yīng)過(guò)程中操作簡(jiǎn)單且具有良好的反應(yīng)性能。2011年，Ji等[37]報(bào)道了利用三氟甲基磺酸鈉作為三氟甲基試劑，參與了三氟甲基化反應(yīng)的工作，該工作為后續(xù)的反應(yīng)研究提供了新的思路。

2017年，Jana等[38]使用光氧化還原催化劑，三氟甲基亞磺酸鈉為氟源，在無(wú)金屬條件下，實(shí)現(xiàn)1,6-烯炔的加成環(huán)化反應(yīng)(圖9)。該反應(yīng)通過(guò)光誘導(dǎo)三氟甲基磺酸鈉產(chǎn)生三氟甲基自由基，然后進(jìn)一步與烯烴進(jìn)行加成、環(huán)化，提供乙烯基自由基，該自由基發(fā)生電子轉(zhuǎn)移生成乙烯基陽(yáng)離子或者被三氟甲基加成的烯烴部分發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，形成碳正離子，進(jìn)行陽(yáng)離子環(huán)化生成乙烯基碳正離子，隨后H2O加成到乙烯基陽(yáng)離子中，消除H2后生成三氟甲基化的C3-芳?；??；s環(huán)。該工作中一共拓展了43個(gè)底物，最高產(chǎn)率可達(dá)76%。Jana等[38]還將該方法運(yùn)用到合成含有三氟甲基基團(tuán)的藥物分子中，成功得到兩個(gè)目標(biāo)產(chǎn)物。

圖9 藍(lán)光催化1,6-烯炔的三氟甲基化和氧化[38]Fig.9 The strategy for the trifluoromethylation and oxidation of 1,6-enynes by blue LEDs[38]

2.2 溴二氟乙酸乙酯試劑

溴二氟乙酸乙酯試劑(CF2CO2Et)由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而受到人們的重視，因?yàn)樵摬糠挚梢赃M(jìn)一步修飾成各種含CF2的官能團(tuán)。近年來(lái)，對(duì)過(guò)渡金屬介導(dǎo)或過(guò)渡金屬催化的芳基鹵化物和芳基硼酸的二氟乙?；?，以構(gòu)建Csp2-CF2CO2Et鍵的方法得到了深入研究。Ma等[39]等和Caillot等[40]還報(bào)道了一種將酰胺，呋喃直接二氟乙酰化的方法。另一種常用策略是利用CF2CO2Et自由基的高反應(yīng)性。利用可見(jiàn)光催化將該結(jié)構(gòu)加成到雜芳烴[41]，烯烴[42]，或者異氰酸酯[43]等結(jié)構(gòu)上，這些方法已經(jīng)被多個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)并報(bào)道。但是，這種光催化策略在炔烴的區(qū)域特異性二氟乙?；械膽?yīng)用仍然非常有限。

2015年，F(xiàn)u等[44]開(kāi)發(fā)了一種溫和有效的方法，該方法通過(guò)可見(jiàn)光促進(jìn)炔基與溴代二氟代乙酸乙酯的芳基二氟代乙?；磻?yīng)來(lái)合成3-二氟代乙?；愣顾?圖10)。該反應(yīng)通過(guò)串聯(lián)自由基環(huán)化過(guò)程直接形成Csp2-CF2CO2Et和碳碳鍵，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)使用fac-Ir(ppy)3作為催化劑，碳酸鉀作為堿在藍(lán)色LED的照射下，2-溴-2,2-二氟乙酸酯和炔酸苯酯反應(yīng)合成3-二氟乙?；愣顾氐姆椒?。Fu等[44]認(rèn)為催化循環(huán)可能為：首先，將光催化劑[fac-Ir(III)(ppy)3]輻照到激發(fā)態(tài)[fac-Ir(III)(ppy)3*]，將其用BrCF2CO2Et氧化淬滅，生成[fac- Ir(IV)(ppy)3]+配合物和一個(gè)·CF2CO2Et自由基物種K。自由基K加成到炔酸酯4中生成自由基中間體H，該中間體進(jìn)行分子內(nèi)取代，得到自由基中間體I。中間體I然后被[fac-Ir(IV)(ppy)3]+氧化形成環(huán)己二烯基陽(yáng)離子J并再生[fac-Ir(III)(ppy)3]。最終，通過(guò)堿輔助的去質(zhì)子化得到產(chǎn)物5。

圖10 藍(lán)光催化的3-二氟乙?；愣顾氐暮铣蒣44]Fig.10 Blue-LEDs-mediated synthesis of 3-difluoroacethlated coumarins[44]

2017年，Li等[45]利用了類(lèi)似的催化機(jī)制，在光催化下,利用9-均三甲苯基-10-甲基吖啶高氯酸鹽代替昂貴的銥催化劑，實(shí)現(xiàn)了炔烴的光誘導(dǎo)鄰二氟烷基化和氨基磺?；?。9-均三甲苯基-10-甲基吖啶高氯酸鹽在可見(jiàn)光下催化2-溴-2,2-二氟乙酸乙酯，炔烴和DABCO·(SO2)2與肼的結(jié)合，通過(guò)自由基加成，并插入SO2進(jìn)行4個(gè)組分反應(yīng)，得到(E)-乙基 2,2-二氟-4芳基-4-氨磺?；?3-烯酸酯，產(chǎn)率最高可達(dá)98%。2018年，該課題組又做出了一部分很有意思的工作，工作內(nèi)容為采用DABSO作為催化劑在可見(jiàn)光催化下催化合成3-芳基-2-二氟乙酰茚(圖11)[45]。

圖11 光誘導(dǎo)溴二氟乙酸乙酯與1,3-二芳基丙-2-炔-1-酮的反應(yīng) [45]Fig.11 A photoinduced reaction of perfluoroalkyl halides with 1,3-diarylprop-2-yn-1-ones[45]

2018年，Deng等[46]同樣利用fac-Ir(ppy)3作為光敏劑,在光催化作用下合成出3-二氟乙?；?圖12)。

圖12 N-炔丙基芳胺的光氧化還原催化級(jí)聯(lián)加成/環(huán)化[46]Fig.12 Photoredox-catalyzed cascade addition/cyclization of N-propargyl aromatic amines[46]

3 親電性三氟甲基試劑

3.1 Umemoto試劑

2015年，Tomita等[47]發(fā)表了從簡(jiǎn)單的炔烴立體選擇性合成四取代的三氟甲基化的烯烴的工作(圖13)。在可見(jiàn)光照射下，[Ir(ppy)2(dtbbpy)](PF6)作為光氧化還原催化劑，用親電的三氟甲基試劑，即Yagupol?skii-Umemoto試劑的三氟甲磺酸鹽，對(duì)內(nèi)部不對(duì)稱(chēng)炔烴進(jìn)行磺酰氧基三氟甲基化，得到三氟甲基烯基三氟甲磺酸酯，該反應(yīng)可以很好地控制立體選擇性(以E/Z標(biāo)記為99∶ 1)。根據(jù)一系列的機(jī)制實(shí)驗(yàn)，推測(cè)出光催化磺酰氧基三氟甲基化的可能反應(yīng)機(jī)制。7與8區(qū)域特異性生成α-苯乙烯基型三氟甲基烯基基團(tuán)6*，該基團(tuán)通過(guò)離域至苯環(huán)的p軌道而穩(wěn)定，關(guān)鍵中間體6*可以被高度可氧化的Ir光催化劑(IrIV)氧化為+1e?，氧化為烯烴，從而發(fā)生機(jī)制類(lèi)似于先前報(bào)道的光氧化還原催化烯烴三氟甲基化的反應(yīng)，以產(chǎn)生三氟甲基烯基陽(yáng)離子6+。三氟甲基烯基三氟甲磺酸酯9的高度立體選擇性形成可以用CF3基團(tuán)的強(qiáng)負(fù)電子性來(lái)解釋?zhuān)河捎陟o電排斥，三氟甲磺酸根陰離子的親核攻擊有利于CF3基團(tuán)的反式加成。推測(cè)可能有另外一種機(jī)制，即通過(guò)將三氟甲磺酸根陰離子直接添加到6*上，然后進(jìn)行1e?氧化。

圖13 光氧化還原催化的炔烴立體選擇性轉(zhuǎn)化為四取代的三氟甲基化烯烴[47]Fig.13 Photoredox-catalyzed stereoselective conversion of alkynes into tetrasubstituted trifluoromethylated alkenes[47]

2018年，Malpani等[48]發(fā)表了采用Umemoto試劑提供CF3和H2O直接氧化成炔烴的工作，主要內(nèi)容是利用光氧化還原催化反應(yīng)，通過(guò)快速的烯醇-酮互變異構(gòu)反應(yīng)，獲得α-三氟甲基酮(圖14)。該反應(yīng)表現(xiàn)出高的官能團(tuán)耐受性和區(qū)域選擇性。該方案獲得的α-CF3取代的二酮合成了各種含CF3的雜環(huán)結(jié)構(gòu)，從而證明了該方法廣泛的適用范圍。該策略同樣被應(yīng)用在一種光氧化還原催化的分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)，以用于合成三氟甲基化的雜環(huán)化合物[49]。該反應(yīng)在溫和的光催化條件下，官能團(tuán)耐受性強(qiáng)，可以制備不同的含氧、硫或氮的雜環(huán)，底物廣泛的適用范圍證明了該策略在提高底物復(fù)雜性方面的潛力。

圖14 光氧化還原催化的三氟甲基化分子內(nèi)環(huán)化[49]Fig.14 Photoredox-catalyzed trifluoromethylative intramolecular cyclization[49]

3.2 Togni試劑

Xiang等[50]也應(yīng)用過(guò)類(lèi)似的策略，在可見(jiàn)光照射下，2-乙炔基苯磺酰胺在光催化劑存在下與Togni試劑反應(yīng)，以良好的收率生成3-(2,2,2-三氟亞乙基)-2,3-二氫苯并[d]異噻唑1，1-二氧化物，隨后的C—N鍵形成會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的產(chǎn)物(圖15)。

圖15 在可見(jiàn)光下通過(guò)2-乙基苯磺酰胺的三氟甲基化 反應(yīng)生成苯并磺酰胺[50]Fig.15 Generation of benzosultams via trifluoro- methylation of 2-ethynylbenzensulfonamide under visible light[50]

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從對(duì)可見(jiàn)光催化炔烴的含氟雙官能團(tuán)化的研究進(jìn)展總結(jié)中可以看出，目前常用的光催化劑主要為貴金屬配合物(Ir、Ru等)和有機(jī)染料，金屬配合物或者含有大π離域結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子在吸收低能量的可見(jiàn)光后，激發(fā)發(fā)生分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(CT)，從而引發(fā)光反應(yīng)。這些貴金屬配合物和有機(jī)染料光催化劑大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易合成、成本高昂，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。因此，追求更加廉價(jià)實(shí)用的光催化反應(yīng)體系勢(shì)必會(huì)對(duì)擴(kuò)展其應(yīng)用帶來(lái)變革。該方向的發(fā)展總趨勢(shì)是催化劑由多吡啶配體釕催化劑、多吡啶配體銥催化劑向廉價(jià)的有機(jī)染料或者鋅、銅等價(jià)格廉價(jià)易得的金屬催化劑轉(zhuǎn)化，同時(shí)氟源的來(lái)源逐漸簡(jiǎn)化，合成的目標(biāo)產(chǎn)物更傾向于直接合成藥物分子并逐步趨向于工業(yè)化。