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鏻盐是有机合成中极具价值的合成中间体 。传统主流合成手段是叔膦与烷基卤代物发生亲核取代,该方法高度依赖预官能化的烷基卤代物;部分烷基卤代物和三苯基膦反应还需要高温或者高压条件。虽然已经发展出烯烃、羰基化合物作为前体的鏻化策略,但这类方法底物普适性受限,难以实现复杂分子的后期官能化修饰。
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近期, Hailong He等人 报道了一种氧化还原活性酯(RAEs)参与的光诱导脱羧鏻化反应,可以直接合成烷基以及苄基类鏻盐。由碘化钠、叔膦、氧化还原活性酯三者构建的光响应三元电荷转移复合物(CTC),可以让该反应在不使用过渡金属、外加光催化剂的条件下顺利进行。该方法对多种苄基、脂肪族氧化还原活性酯以及各类叔膦底物均具备良好兼容性,商品化膦配体骨架同样适用;同时还可以实现复杂羧酸衍生底物的后期鏻化修饰。【 Org. Lett.2026, https://doi.org/10.1021/acs.orglett.6c04068 】
反应条件优化
以三苯基膦、4‑甲氧基苯乙酸衍生的氧化还原活性酯作为模板底物,采用395 nm LED 光源开展条件筛选(反应规模 0.2 mmol,乙腈 2 mL,氮气保护室温反应 12 h,产率由 ³¹P‑NMR 测定,磷酸三甲酯为内标)。
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卤盐筛选:NaCl 仅得到痕量产物,NaBr 产率 49%,NaI 提升至 62%,印证碘离子对 CTC 形成的促进作用。
酸添加剂:甲酸、乙酸无法提升效率;加入 1 当量磷酸二氢钾产率 77%;降低磷酸二氢钾至 0.5 当量,模板产物 3c 产率达到91%(最优)。
溶剂筛选:四氢呋喃几乎无产物,乙酸乙酯产率 43%,DMA 产率 35%,乙腈表现最优。
光源:365 nm 照射产率下降至 68%,伴随大量三苯基氧膦副产物;455 nm 光源产率仅 30%;最优为 395 nm。
对照实验:避光条件完全不反应,证明光照必不可少;空气环境下反应被完全抑制,反应需要惰性氮气氛围保护。
最终确定最优条件:叔膦(0.2 mmol),RAE(2 当量),NaI(1 当量),KH₂PO₄(0.5 当量),乙腈作溶剂,氮气保护,30 W 395 nm LED,室温搅拌 12 h。
底物拓展α‑芳基羧酸衍生 RAE 底物![]()
无取代苯乙酸 RAE 得到产物 1c,产率 88%;富电子取代(甲基、甲氧基、叔丁基)底物产物 2c‑4c 产率 83%‑92%。
卤代取代(F、Cl、Br、I)底物 5c‑8c 产率 66%‑79%,卤素官能团保留,可继续后续衍生;4‑苯基取代产物 9c 产率 78%;氨基、Boc 保护氨基、羟基等强给电子基团兼容,产物 10c‑12c 产率 70%‑76%。邻、间、对位甲基、氟取代底物均可以良好收率得到目标产物(73%‑92%);二取代、萘环、苯并二氧戊环骨架 RAE 同样适用,产物 17c‑19c 产率 67%‑78%。
各类吸电子基团(三氟甲氧基、三氟甲基、硝基、酯基、芳酰基、氰基)均可兼容,产物 20c‑27c 产率 59%‑82%。二级苄基 RAE也可发生转化,产物 28c‑29c 获得良好收率。
脂肪族羧酸衍生 RAE 底物
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直链一级脂肪 RAE:30c‑32c 产率 42%‑65%;甲氧基、三氟甲基取代一级烷基 RAE 产物 33c(46%)、34c(51%)。
含环烷基、芳基、杂芳环一级烷基 RAE,产物 35c‑38c 产率 44%‑53%。
二级脂肪 RAE(异丙基、环丁基、环戊基、环己基),产物 39c‑42c 产率 40%‑53%。
位阻大的叔碳 RAE(叔丁基、金刚烷基)依然可以反应,产物 43c‑44c。整体趋势:烷基自由基取代程度越高,反应产率下降,作者推测主要是位阻效应导致。
膦底物拓展及复杂活性分子后期修饰
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取代三芳基膦(甲基、氟、氯取代)45c‑47c 产率 65%‑78%;三环己基膦48c 产率 68%;烷基‑芳基混合膦 Cy₂PPh得到 49c,79%;富电子芳基膦50c 同样兼容。商品化膦配体XantPhos、CyJohnPhos、DPEphos直接参与反应得到鏻衍生物 51c‑53c,产率 61%‑69%,说明该方法可以直接修饰商品化膦配体。
选取高香草酸、萘普生、双氯芬酸衍生的 RAE,实现后期鏻化,产物 54c‑56c 产率 63%‑70%,证明该方法对复杂药物骨架的适用性。
放大实验:放大至 4 mmol 规模合成产物 2c,得到 1.77 g 产物,产率 89%,放大后效率没有明显衰减。
一锅串联反应:该反应得到的鏻盐 45c 不分离,直接与苯甲醛进行 Wittig 烯基化,一锅得到烯烃 45e,收率 42%,证明本方法获得的鏻盐可直接用于经典 Wittig 反应,具备合成应用价值。
机理研究
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紫外‑可见光谱实验:单独三苯基膦、单独 RAE 在 350‑450 nm 几乎无吸收;二者混合光谱也无明显变化;加入 NaI 之后体系在 350‑450 nm 出现新宽吸收带,搅拌时间越长吸收越强,同时溶液发生颜色改变,直接证明体系原位生成NaI / 三苯基膦 / RAE 三元光响应 CTC 复合物。
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自由基捕获实验:加入过量 TEMPO,3c、42c 的生成被完全抑制,证明反应属于自由基过程。
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EPR 自旋捕获实验(DMPO 为捕获剂):避光条件无信号;光照 90 s 检测到两组信号,六重峰归属于碳中心自由基,三重峰归属于膦自由基阳离子氧化 DMPO 产生的信号,证实两种关键自由基中间体存在。
开关光实验:反应需要持续光照,关掉灯光反应停止;量子产率仅 3.05%,以上两点共同排除自由基链式反应机理,说明不是链式循环,激发态复合物直接驱动反应进行。
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推测反应路径:1、叔膦NaI氧化还原活性酯 RAE组装形成光响应三元电荷转移复合物 CTC(中间体 I);2、光照激发 CTC,复合物内部发生分子内单电子转移 SET,生成RAE 自由基阴离子 V,同时产生含磷‑碘中间体 II;中间体 II 脱去 NaI 得到膦自由基阳离子 IV;3、RAE 自由基阴离子 V 发生 N‑O 键断裂,脱羧释放碳中心自由基 VI;4、碳自由基 VI 与膦自由基阳离子 IV在碘离子参与下结合,最终得到鏻盐目标产物 c。
本文开发了羧酸衍生氧化还原活性酯参与的光诱导脱羧鏻化反应,实现烷基、苄基鏻盐的直接合成。依靠碘化钠、叔膦、氧化还原活性酯构建的光响应三元电荷转移复合物,该反应无需过渡金属催化剂、无需外加光催化剂,依靠光诱导单电子转移、脱羧产生碳自由基,完成 C (sp³)‑P 键构建。该方法底物兼容性广,适用于各类苄基、脂肪族氧化还原活性酯与多种叔膦底物,商品化膦配体骨架也可参与转化;来源于复杂生物活性分子的氧化还原活性酯同样可以顺利反应,可实现分子后期鏻化修饰。
参考资料:Photoinduced Charge-Transfer Complex-Mediated Decarboxylative Phosphoniumation;Hailong He, Jiajin Chen, Hongyao Wang, Wenlong He, Tao Zhou, Zihao Chen, Zhiyan Xue, Qilong Wu, Ziyi Xu, Shuyang Liu,* and Yunhe Jin*;Org. Lett.2026,
https://doi.org/10.1021/acs.orglett.6c04068
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