可見光引發(fā)的基于烷氧自由基的惰性鍵選擇性官能化研究獲進展

　　在生物體系中進行的生物相容的成鍵與斷鍵反應(yīng)有助于在分子水平研究生物體系。近年來可見光催化領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)可見光引發(fā)的自由基反應(yīng)具有優(yōu)秀的化學(xué)選擇性，可在溫和條件下與生物大分子相容，從而提供了發(fā)展生物相容反應(yīng)的新思路。中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生命有機化學(xué)國家重點實驗室的陳以昀課題組致力于發(fā)展新的可見光引發(fā)的生物相容反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了可見光引發(fā)的基于環(huán)狀高價碘的脫硼炔基化，烯基化和脫羧炔酮化反應(yīng)，以及基于酞酰亞胺的脫羧炔基化和烯丙基化反應(yīng)與生物大分子相容，并且不影響蛋白酶的生物活性。惰性鍵的選擇性官能化可用于復(fù)雜分子的后期修飾以及化學(xué)生物學(xué)研究，然而該類反應(yīng)在溫和條件下尤其是生物相容條件下十分困難，可見光引發(fā)的自由基反應(yīng)提供了解決此問題的新思路。

　　烷氧自由基是化學(xué)與生物學(xué)研究中重要的活性中間體，可用于機理研究及化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。傳統(tǒng)產(chǎn)生烷氧自由基的條件為加熱、AIBN/Bu3SnH、紫外光照射或強氧化劑等，雖然在有機合成中得到廣泛應(yīng)用，但這些較為劇烈的反應(yīng)條件對許多敏感的化學(xué)官能團不兼容，進而限制了烷氧自由基的應(yīng)用。烷氧自由基氫遷移反應(yīng)可以使特定位置的惰性碳氫鍵發(fā)生選擇性斷裂，從而實現(xiàn)區(qū)域與化學(xué)選擇性的碳氫官能化反應(yīng)。然而烷氧自由基發(fā)生氫遷移反應(yīng)后主要生成氫化產(chǎn)物、氧化環(huán)化產(chǎn)物或碳雜鍵產(chǎn)物，無法高效地進行分子間的碳碳成鍵反應(yīng)。陳以昀課題組首次報道了烷氧自由基在溫和的可見光催化條件下產(chǎn)生，進而實現(xiàn)了高選擇性的碳氫烯丙基化及烯基化反應(yīng)（Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 1872-1875)。該反應(yīng)使用穩(wěn)定的N-烷氧酞酰亞胺作為烷氧自由基前體，適用于活化及非活化C(sp3)-H碳氫鍵的官能化。由于具有優(yōu)秀的區(qū)域和化學(xué)選擇性，并且對雜環(huán)及炔烴等官能團具有很好的兼容性，該反應(yīng)可以高選擇性地進行復(fù)雜分子膽固醇的克級別后期修飾。同時該反應(yīng)在水相中也可以順利進行，為進一步發(fā)展生物相容反應(yīng)提供了有利條件。

　　醇是理想的烷氧自由基前體，然而由醇通過均裂的方法生成烷氧自由基在熱力學(xué)上需要較高的能量，在合成上比較困難，目前通常在過渡金屬活化和較強的氧化條件下將醇氧化產(chǎn)生烷氧自由基。烷氧自由基導(dǎo)向的β斷裂可以選擇性地實現(xiàn)惰性C(sp3)-C(sp3)鍵切斷，進而產(chǎn)生酮及烷基自由基。然而目前烷氧自由基導(dǎo)向的β斷裂主要適用于張力環(huán)醇的研究，線性醇的碳碳鍵切斷十分困難。陳以昀課題組首次報道了通過環(huán)狀高價碘對醇的活化，實現(xiàn)了醇在可見光引發(fā)的溫和條件下氧化產(chǎn)生烷氧自由基（J. Am. Chem. Soc. 2016, 128, 1514-1517）。該方法可以實現(xiàn)張力環(huán)醇和線性醇的碳碳鍵切斷及炔基化和烯基化反應(yīng)，具有優(yōu)秀的區(qū)域和化學(xué)選擇性，可以應(yīng)用于復(fù)雜分子石膽酸及膽固醇的后期修飾。

　　上述研究工作得到國家重大科學(xué)研究計劃、國家自然科學(xué)基金委面上項目、國家千人計劃（青年項目）、生命有機化學(xué)國家重點實驗室及中國科學(xué)院的資助。

烷氧自由基在溫和的可見光催化條件下實現(xiàn)高選擇性的碳氫烯丙基化及烯基化反應(yīng)

張力環(huán)醇和線性醇的碳碳鍵切斷及炔基化和烯基化反應(yīng)