上海科技大学黄焕明团队JACS:光敏化实现自由基芳基迁移中的异常化学选择性
自由基芳基迁移(radical aryl translocation)是合成化学中重塑分子骨架、精准迁移芳基的重要策略。然而,此类反应的化学选择性长期受传统迁移规律限制:芳香稳定化能较低的杂芳环(如噻吩、呋喃)通常较芳基更易迁移。因此,突破经典芳香性主导的选择性规律、实现迁移顺序的可控反转,是发展新型官能团迁移的关键挑战。

围绕可见光催化与重排化学,上海科技大学黄焕明课题组近年来发展了一系列能量转移(Energy Transfer, EnT)介导的光化学重排反应,用于高张力环状骨架和复杂分子的精准构建(J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 18210–18217.; J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 16248–16254.; Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202516222.; Angew. Chem. Int. Ed. 2026, 65, e6606811. )。在前期工作的基础上,该团队近日提出“可见光敏化能量转移重排/张力释放开环”的反应策略,在自由基芳基迁移中实现了反常且可编程的化学选择性(JACS, 2026, 10.1021/jacs.6c00498)。该方法可将简单醇类底物转化为三碳同系化酮产物,并在多类竞争体系中优先驱动芳基或缺电子芳基迁移,显著区别于传统的杂芳环优先迁移规律。
为阐明反应机理,作者开展了自由基捕获、能量猝灭和光谱学实验。TEMPO及三线态能量猝灭剂的加入均完全抑制产物生成,表明反应经历可见光介导的能量转移过程,并涉及三线态双自由基中间体。值得注意的是,当光催化模式由能量转移(EnT)切换为单电子转移(SET)时,迁移选择性发生完全反转:在苯基/噻吩基竞争体系中,噻吩基重新优先迁移,生成产物47(50%)。这一结果表明,迁移顺序可通过光催化模式进行调控,为自由基芳基迁移提供了可切换的选择性控制方式。
DFT计算进一步揭示了异常选择性的能量本质。对于苯基/噻吩基竞争模型,初始自由基加成更易发生在芳香稳定化能较低的噻吩环上;但该路径生成的中间体过于稳定,后续C-C键断裂能垒高达15.0 kcal/mol。由于该中间体可经反向系间窜跃(RISC)快速返回起始物,反应最终转向后续断裂能垒更低(6.8 kcal/mol)的苯基迁移路径。相反,在双芳基体系中,迁移选择性主要由初始自由基加成步骤决定。三氟甲基、氰基等吸电子基团可降低芳环电子密度,增强其受自由基进攻的倾向,从而降低加成能垒并促进相应芳基迁移。
综上,该工作开发了一种光敏化驱动的能量转移重排/张力释放开环策略,实现了自由基芳基迁移中异常且可编程的化学选择性。该方法不仅突破了长期以来基于芳香稳定化能的经典迁移规律,还证明了通过切换光催化模式即可调控乃至反转迁移顺序。该研究为官能团迁移的精准控制和复杂分子骨架后期编辑提供了新的设计逻辑,也为发展更多光化学可调控选择性反应提供了启示。
该研究成果近期发表在Journal of the American Chemical Society(JACS)上,黄焕明教授为唯一通讯作者,上海科技大学为第一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金和上海科技大学启动金的资助。
论文信息:
Unexpected Chemoselectivity in Radical Aryl Translocation via Photosensitization
Qiu-Zhu Wang,+ Song Yu, + Yu Zheng, + Ying Zhang, + Yi-Hong Ke, Wen-Tao Wu, Yu-Jia Fu, Huan-Ming Huang*
DOI:10.1021/jacs.6c00498
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