【Org. Lett.】南京林大陈振教授课题组：可见光诱导的W/Cr(III)协同催化的非活化烷烃偕二氟烯丙基化反应-上海善施科技

【Org. Lett.】南京林大陈振教授课题组：可见光诱导的W/Cr(III)协同催化的非活化烷烃偕二氟烯丙基化反应

2025-03-25

摘要：南京林业大学陈振课题组报道了一种W/Cr(III)协同催化策略，实现了非活化烷烃的NHK型偕二氟烯丙基化反应。

过渡金属催化反应是构建C−C键的重要方法，传统上依赖于贵金属如钌、铑、铱和钯。然而，铬作为地球上丰富的过渡金属，近年来被探索作为贵金属的低成本替代品。尽管铬催化的合成化学尚未充分开发，但Nozaki−Hiyama−Kishi (NHK)反应已显示出其在构建C−C键中的潜力，尽管目前NHK反应的底物范围仍局限于用醛、酮类化合物。近日，南京林业大学陈振课题组报道了一种W/Cr(III)协同催化策略，实现了非活化烷烃的NHK型偕二氟烯丙基化反应。相关成果在线发表于Org. Lett.。

图1. W/Cr(III)协同催化非活化烷烃的偕二氟烯丙基化反应（来源：org. lett.）

通过条件优化，确定反应最佳反应条件为：以TBADT (10 mol%)为光催化剂，CrCl₃ (5 mol%)为金属催化剂，K₃PO₄ (1.2 equiv)为碱，MeCN为溶剂，紫光为光源。在最优条件下，作者进一步探索了底物的普适性，发现一系列非活化链状烷烃和环烷烃均能取得较好结果。

图2. 烷烃与三氟甲基烯烃的底物范围（来源：org. lett.）

为了深入探究反应机理，作者进行了一系列控制实验。首先，在标准反应条件下，向体系中引入自由基捕获剂TEMPO，反应完全不能进行，并通过质谱检测到了TEMPO加成中间体，表明该反应涉及自由基途径。开关灯实验证明反应的顺利进行需要持续的光源照射。作者还测定了光催化剂TBADT与CrCl₃以及二者混合体系的紫外吸收光谱，二者的混合体系光谱中没有出现CrCl₂的信号，这意味着基态的TBADT与CrCl₃之间的氧化还原反应是不利的。最后，循环伏安实验表明Cr(III)被[W₁₀O₃₂]⁵⁻H⁺还原为Cr(II)这一过程是热力学有利的。

图3. 机理实验（来源：org. lett.）

基于上述实验和前期报道，作者提出以下反应机理：首先，通过紫光LED激发光催化剂TBADT产生激发态的*[W₁₀O₃₂]⁴⁻。随后由激发的*[W₁₀O₃₂]⁴⁻从未活化C−H键的烷烃1中夺取氢，生成烷基自由基Int-1和还原的十钨酸盐[W₁₀O₃₂]⁵⁻H⁺。Int-1通过自由基加成到α-三氟甲基烯烃2上后，得到另一种自由基物种Int-2。而[W₁₀O₃₂]⁵⁻H⁺发生歧化，生成双还原态的[W₁₀O₃₂]⁶⁻2H⁺和基态的[W₁₀O₃₂]⁴⁻。当环烷烃和三级烷烃或稳定的α-芳基和α-杂原子烷烃作底物时，Int-2很容易被[W₁₀O₃₂]⁶⁻2H⁺还原生成碳负离子Int-3，随后发生β-氟消除，生成目标产物二氟烯烃3。当使用链状烷烃作为底物时，除上述反应途径外，还涉及另一种W/Cr协同催化途径，即Cr(III)被[W₁₀O₃₂]⁵⁻H⁺还原，生成Cr(II)，然后与α-三氟甲基自由基Int-2结合，形成α-三氟甲基−烷基−Cr(III)中间体Int-4。最后，该中间体通过β-氟消除生成目标产物3。