江苏
导语
维蒂希反应发现于上世纪 50年代，凭借高效构建碳–碳双键的特性，于1979年斩获诺贝尔奖。传统反应体系中，磷叶立德主要体现碳负离子亲核特性，参与两电子型维蒂希烯基化反应。如何突破磷叶立德固有的亲核性局限实现更为多样化转化，是该领域长期面临的核心挑战。近日，重庆文理学院宋桂廷、屈川华、罗洁团队在 Org. Chem. Front. 期刊发表了题为“ Wittig reagents in visible-light catalysis: from classical reactivity to versatile synthetic platforms ”综述 （ DOI： 10.1039/D6QO01254J ） 。本文所述维蒂希试剂为广义概念，涵盖中性磷叶立德以及可原位生成磷叶立德的膦盐。可见光光催化技术发展后，借助单电子转移过程，维蒂希试剂突破传统两电子亲核反应的局限，展现丰富的自由基反应特性。该类物质既可作为自由基前体、反应枢纽，也可充当HAT氢原子转移催化剂、有机光氧化还原催化剂，亦能够作为σ‑给电子配体构筑光敏金属配合物。该综述汇总2018至2026年初的相关研究成果，梳理可见光条件下维蒂希试剂的反应机理，重点阐释氧化淬灭、还原淬灭、σ‑空穴介导电荷转移复合物三类活化模式；总结其在C–C键构建、C–H官能化、复杂环骨架搭建领域的合成应用，探讨磷叶立德催化剂的结构调控规律；最后剖析该方向现存挑战，对不对称催化、机理解析、新型催化体系开发及工业化转化作出展望。
Scheme 1.Milestones and role evolution of Wittig reagent chemistry.（图片来源：Org. Chem. Front.）
前沿科研成果
一、维蒂希试剂的功能演变历程
早在上世纪60至70年代，紫外光解实验已观测到磷叶立德与膦盐的自由基反应信号，但受限于实验条件，难以应用于有机合成转化。可见光光催化技术问世后，维蒂希试剂的自由基反应潜力得到充分挖掘。最近几年，维蒂希试剂实现功能迭代，由传统当量型维蒂希反应底物，逐步拓展为自由基前体、反应枢纽、有机光催化剂、HAT催化剂，近年进一步发展为光敏金属配合物配体（图2）。全文综述逻辑分为四层：反应机理基础、合成应用、磷叶立德催化剂的理性设计、总结与展望。
Scheme 2.Overview of phosphorus ylide activation and generation modes.（图片来源：Org. Chem. Front.）
二、三大光活化基础机理及衍生功能
综述归纳三套单电子活化基础机理，试剂经活化后可衍生两类催化功能。
1.氧化淬灭活化
激发态光催化剂对膦盐发生单电子还原，促使C–P键断裂，释放碳中心自由基，该活化路径适用于绝大多数膦盐底物。
列举代表性研究：Qing团队报道了二氟甲基膦盐参与的烯烃氢二氟甲基化反应；Miura、Murakami团队实现酯稳定磷叶立德原位转化为膦盐，完成烯烃反马氏氢烷基化，开创磷叶立德可见光自由基化学方向。该反应体系可拓展至氰甲基、对甲苯磺酰甲基等自由基前体。此外，磷叶立德可作为linchpin链接两个不同的结构模块，高效构建一系列复杂的小分子，如下图所示：
Scheme 3.Qing (2016): Hydrodifluoromethylation of alkenes with a difluoromethylphosphonium salt.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 4.Miura and Murakami: Hydroalkylation of alkenes with phosphonium ylides or salts.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 5.Photoinduced oxidative coupling of phosphorus ylides for stereodivergent alkene synthesis.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 6.Maruoka (2024): Sequential photocatalysis for homologative diversification of αamino acids to βamino acids via phosphonium ylide linchpin strategy.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 7.Xiao (2019): PDFA as a versatile bifunctional reagent for gemdifluorinated building blocks.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 8.Li (2026): Photocatalytic radical annulation of P-ylides and alkynes to α‑naphthols.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 9.In situ phosphonium salt formation for photocatalytic radical reactions.（图片来源：Org. Chem. Front.）
2.还原淬灭活化
磷叶立德或三价膦经单电子氧化，生成高活性膦自由基阳离子；该路径通常保留C–P键，实现反应极性反转，可与经典维蒂希反应串联，构建自由基‑维蒂希级联转化。
依托该机理，研究者发展类卡拜等价物参与烯烃转化与多组分环加成反应；借助三价膦生成膦自由基阳离子，实现去芳构化、环加成、张力双环丁烷开环等多种合成转化，如下图所示：
2.1 磷叶立德衍生的自由基阳离子
Scheme 10.Liu (2019): Reductive quenching activation of phosphonium ylides for carbyne‐equivalent generation.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 11.Ooi (2024): Photocatalytic three-component formal cycloaddition of phosphorus ylides via radical–polar crossover.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 12.Matsumoto and Maruoka (2023): Amphiphilic radical linchpin strategy for modular synthesis of 1,4dicarbonyls via sequential photocatalysis.（图片来源：Org. Chem. Front.）
2.2 基于膦盐枢纽的自由基–极性级联反应
Scheme 13.Vinyl phosphonium salt as a bifunctional linchpin for radical–polar crossover conjunctive olefination.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 14.Visible-light synthesis of cycloalkenes via radical and olefination cascades.（图片来源：Org. Chem. Front.）
2.3 三价膦自由基阳离子
Scheme 15.Visiblelightpromoted alkene homologation via hydrophosphination/Wittig cascade.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 16.Phosphine-mediated deoxygenative [3+2] cycloaddition.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 17.Wang (2026): Visible-light-driven phosphine-mediated ring-opening/Wittig cascade of bicyclo[1.1.0]butanes.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 18.Divergent dearomative functionalization of arylphosphines via phosphine radical cations.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 19.Divergent photocatalytic functionalization of arylphosphines with alkynes.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 20.Masuda & Sawamura (2023): 1,2Pmigrative cycloaddition of tri(tertbutyl)phosphine with alkynes.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 21.Masuda (2025): Photocatalytic alkene-migrative chain elongation of 2-phosphinostyrenes with aldehydes.（图片来源：Org. Chem. Front.）
3.σ‑空穴介导电荷转移复合物无催化剂活化
膦盐存在σ‑空穴静电作用位点，可与路易斯碱形成光活性电荷转移复合物；光照触发分子内单电子转移，C–P键均裂释放碳自由基。优势：无需外加光催化剂与过渡金属，具备原子经济性；局限：底物适用范围受限，反应易与非自由基副反应竞争。
Chen课题组围绕该体系开展系列研究，实现氟烷基、烷基、氘代烷基鏻盐的光诱导自由基转化，如下图所示：
Scheme 22.Chen (2021): Catalyst-free fluoroalkylation of alkenes via σ-hole-mediated photolysis.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 23.Chen (2022): σ-Hole-mediated photolysis of phosphonium salts for radical alkylation of alkenes and (hetero)arenes.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 24.Chen: σHolemediated photoreduction of phosphonium salts for oxyalkylation and deuteroalkylation.（图片来源：Org. Chem. Front.）
经上述三类单电子活化途径，维蒂希试剂可衍生两项核心催化功能：其一作为HAT氢原子转移催化剂；其二作为可见光氧化还原催化剂；此外，维蒂希试剂还可作为σ‑给电子配体，构筑光敏金属配合物。第三部分将围绕这三类功能展开。
三、磷叶立德的催化剂理性设计与调控
综述指出，磷叶立德不再局限作为反应底物，经分子结构修饰后，可直接作为光化学反应催化剂，主要包含三类应用方向。
1.可调HAT氢原子转移催化剂
磷叶立德经单电子氧化生成亲电性自由基阳离子，可攫取脂肪族C–H键氢原子。构效关系研究表明，自由基阳离子亲电性是决定HAT催化效率的核心因素，影响权重高于氧化电位与键解离能。该体系能够选择性活化醚、烷烃以及未保护伯胺的叔位C–H键，实现位点选择性官能化。
Scheme 25.Phosphonium ylides as tunable HAT catalysts.（图片来源：Org. Chem. Front.）
2.独立可见光有机光氧化还原催化剂
对磷叶立德进行π共轭结构修饰并去除α‑氢，可得到蓝光响应型有机光催化剂；该催化剂激发态还原电位可达−2.38 V vs SCE，能够活化高还原电位芳基卤化物，实现硼化、磷酰化、内酯化、C–C交叉偶联等转化。
Scheme 26.Toda and Suga (2021):Phosphonium ylide as a visible-light organophotoredox catalyst.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 27.Toda (2023): Phosphonium ylide-catalyzed visible-light-driven C–H imidation, trihalomethylative lactonization, and imidative lactonization.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 28.Phosphonium ylide photocatalysis: strongly reducing platform for cross-coupling and cyclization.（图片来源：Org. Chem. Front.）
3.光敏金属配合物的辅助配体
磷叶立德具有强σ‑给电子效应，可作为螯合配体修饰Ru(II)、Ir(III)类光敏金属配合物，调控配合物三重态能量与激发态寿命，兼容单电子转移、能量转移两类光催化循环，用于模块化制备三异配钌配合物，调控金属配合物光物理与氧化还原性质。
Scheme 29.Phosphonium ylides as cyclometalating ligands for ruthenium (II) and Iridium(III) photocatalysts.（图片来源：Org. Chem. Front.）
Scheme 30.Modular synthesis of trisheteroleptic Ru(II) Pylide complexes for property modulation.（图片来源：Org. Chem. Front.）
四、总结与未来展望
近八年间，在氧化淬灭、还原淬灭、σ‑空穴介导电荷转移复合物三类光活化机理支撑下，磷叶立德及其膦盐前体由传统维蒂希烯基化试剂，发展为可见光催化领域的多功能合成平台。该类试剂不仅可作为自由基前体完成C–C键构筑、C–H官能化、复杂碳环骨架构建，还可发挥HAT催化剂、有机光氧化还原催化剂、金属光敏配体等多重作用。
综述总结该方向现存挑战与未来研究方向：1. 不对称催化仍存在较大探索空间：手性叶立德与手性催化环境有待开发，不对称自由基加成、环化、多组分反应是重要研究前沿；2. 微观机理解析仍需深化：σ‑空穴电荷转移复合物活化、磷叶立德HAT催化的内在机制，需要结合实验与理论计算进一步阐释；3. 开发可持续催化体系：推进丰产金属催化、电合成、生物催化等新型策略；4. 推动成果走向实际应用：发展连续流光化学反应技术，弥合实验室基础研究与工业化转化之间的壁垒。
论文信息
Wittig reagents in visible-light catalysis: from classical reactivity to versatile synthetic platforms. Gui-Ting Song, Wen-Bin Zong, Chao-Jin Xiao, Jia-Yi Chen, Li-Sha Zheng, Xue-Ying Yang, Jie Luo* and Chuan-Hua Qu*, Org. Chem. Front.2026, https://doi.org/10.1039/D6QO01254J
作者简介
宋桂廷于2013年获得重庆师范大学理学学士学位，2018年获得中国科学院成都有机化学研究所博士学位。随后于2018年至2020年在重庆文理学院从事博士后研究，并于2020年10月入职该校。现任重庆文理学院药学院副教授、硕士生导师，重庆市"巴渝青年学者"。她的研究兴趣包括多组分反应、杂环合成和可见光催化。
罗洁，女，汉族，中共党员，理学博士，副教授，2002年至2006年在华中农业大学获得农学学士学位，2007年至2013年在西南大学获得理学博士学位。2013年7月起任职于重庆文理学院，曾先后赴美国Wake Forest University 药学院、重庆大学生物医学工程学院从事博士后研究。现任重庆文理学院药学院副教授、硕士生导师。她的研究领域为微生物次生代谢调控。
屈川华于2011年和2014年分别获得四川大学华西药学院理学学士和硕士学位，2017年获得南京大学有机化学博士学位。2018年至2021年在武汉大学从事博士后研究，并于2018年11月入职重庆文理学院，现任重庆文理学院药学院教授、硕士生导师。他的研究聚焦于自由基介导的绿色有机合成。
宗文滨，出生于中国重庆。2024年考入重庆文理学院药学专业。大一即加入屈川华教授课题组。她目前的研究聚焦于多组分反应、杂环合成和可见光催化，致力于开发绿色药物合成新技术。她已在国际学术期刊发表SCI论文5篇，其中3篇为中科院一区期刊论文。
肖朝金，出生于中国江西。2024年起就读于重庆文理学院制药工程专业，并于次年加入屈川华教授课题组。他的研究兴趣涵盖可见光光催化等多个领域。本科期间，他获得2026年"挑战杯"市级竞赛一等奖。他还在国际期刊发表SCI论文2篇。
陈嘉宜，出生于中国重庆。2024年入学，现于重庆文理学院药学院攻读制药工程专业工学学士学位，师从屈川华。她目前的研究聚焦于可见光催化用于绿色有机合成。她还在国际期刊发表SCI论文2篇。
郑莉莎，出生于中国重庆。2024年考入重庆文理学院，就读制药工程专业。大二加入屈川华课题组后，她的研究聚焦于可见光反应以及通过过渡金属催化实现的位点选择性C–H活化。2026年，她还在国际期刊发表SCI论文2篇。
杨雪英，出生于中国四川。2024年考入重庆文理学院药学专业。大一即加入屈川华教授课题组。她目前的研究聚焦于多组分反应、杂环合成和可见光催化，致力于开发绿色药物合成新技术。她已在国际学术期刊发表SCI论文4篇。
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