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（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

重排反應(yīng)，作為有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域中最具吸引力的方法之一，具有操作簡便、高原子經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，可用于構(gòu)建多種新型化合物。而在自由基參與遷移策略中， 1,2-重排作為該領(lǐng)域的熱點(diǎn)。早在1944年，Urry和Kharasch等發(fā)現(xiàn)以β-芳基碳自由基的第一個(gè)自由基1,2-遷移過程（neophyl重排），然而，由于存在底物范圍窄、反應(yīng)緩慢、反應(yīng)條件苛刻等弊端，從而使其難以在合成中得到應(yīng)用。

在過去的十年中，已有多個(gè)課題組通過對烯烴底物的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自由基誘導(dǎo)的1,2-重排。如烯丙醇的半頻哪醇型重排，合成β-官能化的酮化合物（Figure 1a）。此外，也已使用Et3B /空氣、可見光或鎳催化劑，實(shí)現(xiàn)乙烯基硼酸酯配合物的1,2-金屬鹽重排（Figure 1b）。受上述的啟發(fā)，史壯志課題組還開發(fā)了光氧化還原烯烴1,2-硼基遷移策略，通過自由基加成生成偕-雙（硼基）烷烴。此外，Studer課題組近期報(bào)道了一種使用烯丙基硼酸酯的1,2-硼基遷移策略，獲得1,3-二官能團(tuán)化的產(chǎn)物（Figure 1c）。此外，在有機(jī)化合物中，引入全氟烷基取代基通常會(huì)導(dǎo)致其性質(zhì)（如極性、溶解度、構(gòu)象行為和代謝穩(wěn)定性）發(fā)生很大變化，而烯烴的全氟烷基化是最有效方法之一。與以前文獻(xiàn)不同，該反應(yīng)通過全氟烷基-自由基加成至烯烴雙鍵上，再經(jīng)1,2-芳基遷移，最后，通過氫供體將其進(jìn)一步還原。在此，南京大學(xué)史壯志教授課題組使用一類具有鄰季碳中心的烯烴底物，涉及自由基加成、1,2-芳基遷移、還原的過程，從而實(shí)現(xiàn)了此類反應(yīng)（Figure 1d）。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

首先，作者以烯烴1a與鹵化物I-nC4F9（2c）作為模型底物，進(jìn)行了相關(guān)反應(yīng)條件的篩選（Table 1）。當(dāng)以1.0 mol％fac-[Ir(ppy)3]作為光催化劑，2當(dāng)量DBU作堿，在TFE溶液中（含有2.0當(dāng)量的TMDEA）室溫藍(lán)色LED照射12 h后，即可獲得所需產(chǎn)物3aa，收率為78％（entry 1）。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

在獲得上述最佳反應(yīng)條件后，作者固定烯烴底物1a，對烷基鹵化物2進(jìn)行了擴(kuò)展（Table 2）。具有較長鏈的全氟烷基碘與體系兼容，如nC6F13I（2b）和nC8F17I（2c）。同樣，二氟甲基化的烷基溴化物2d-2e也是合適的底物，但單氟甲基化底物2f的非對映選擇性較差。而具有更長全氟鏈烷基碘化物2g-2i，同樣取得較好的結(jié)果。此外，具有三級脂肪族全氟烷基碘化物2j-2k也可同樣與體系兼容。值得注意的是，其它烷基鹵化物，如2-碘乙酸乙酯（2l）和2-碘乙腈（2m），同樣獲得所需的目標(biāo)產(chǎn)物

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

鑒于氟甲基在合成中的重要性，作者分別引入不同氟代試劑進(jìn)行相關(guān)的擴(kuò)展（Scheme 1）。使用CF3I（2n）與烯烴1a在標(biāo)準(zhǔn)條件下反應(yīng)，以69％的收率獲得所需的產(chǎn)物3an。而當(dāng)使用TMEDA·2CF3I（2n'）時(shí)，收率可提高至75％。同時(shí)，使用二氟試劑2o與烯烴1a進(jìn)行二氟甲基化時(shí)，以56％的收率獲得產(chǎn)物3ao。然而，使用單氟試劑2p僅有較低的反應(yīng)性，可能是由于缺乏自由基穩(wěn)定基團(tuán)所致。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

緊接著，作者對烯烴底物1進(jìn)行了擴(kuò)展（Table 3）。芳基對位取代基不受電子效應(yīng)影響（如OMe、Ph、F、Br 、CN），均可獲得相應(yīng)的產(chǎn)物3ba-3fa（54-89％）。芳基間位含有CF3、COOEt和Cl等取代基時(shí)，獲得產(chǎn)物3ga-3ia。具有萘基、雜芳基取代時(shí)，也可獲得產(chǎn)物3ja-3ka。同時(shí)，含有多種EWGs時(shí)，如兩個(gè)COOMe的底物1l，一個(gè)氰基和一個(gè)酯基的底物1m，均可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)化。然而，具有大位阻的巴比妥酸底物1n與2a反應(yīng)時(shí)，獲得ATRA（原子轉(zhuǎn)移自由基加成）產(chǎn)物4na（主產(chǎn)物）以及痕量的目標(biāo)產(chǎn)物3na（＜10％）。而使用上述試劑2o與烯烴1n反應(yīng)時(shí)，若底物中不存在I原子，則使重排的轉(zhuǎn)化率更高，獲得51％收率3no。此外，僅含一個(gè)EWGs的2-乙基-2-苯基丁-3-烯酸乙酯（1o）的重排反應(yīng)非常緩慢，且ATRA化合物4oa為主產(chǎn)物。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

隨后，作者對產(chǎn)物3an進(jìn)行了相關(guān)的修飾，從而進(jìn)一步證明該反應(yīng)實(shí)用性（Scheme 2）。首先，在2.0 mmol的放大實(shí)驗(yàn)中，以58％的收率獲得產(chǎn)物3an。產(chǎn)物3an可選擇性地還原成二醇5（89％）或脫羧成酯6（81％）。同時(shí)，也可以經(jīng)Michael加成反應(yīng)（7），親核取代反應(yīng)（8-9）和Aldol反應(yīng)（10）生成具有全碳季碳中心的產(chǎn)物，收率為73-84％。此外，在堿性條件下，可用NBS將產(chǎn)物3an進(jìn)行溴化，以中等收率獲得化合物11。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

為了進(jìn)一步了解反應(yīng)的機(jī)理，作者進(jìn)行了相關(guān)的對照實(shí)驗(yàn)（Scheme 3）。首先，副產(chǎn)物4aa在標(biāo)準(zhǔn)條件下未形成產(chǎn)物3aa，從而排除了4aa作為中間體的可能性（Scheme 3a）。據(jù)Sodeoka課題組報(bào)道，化合物12-13與更長的烯基鏈反應(yīng)形成環(huán)化產(chǎn)物14和15，未檢測到1,n-芳基遷移產(chǎn)物（Scheme 3b）。當(dāng)使用d1-MeOH作為溶劑進(jìn)行烯烴1a和2a的反應(yīng)時(shí)，D標(biāo)記幾乎完全結(jié)合到3aa中。通過13C NMR進(jìn)一步檢測，反應(yīng)混合物在90.4和54.8 ppm處產(chǎn)生兩個(gè)信號峰，這與該反應(yīng)中d1-甲氧基甲醇（16）一致。而且，d1-MeOH與3aa不會(huì)形成氘代產(chǎn)物D-3aa（Scheme 3c）。這些結(jié)果表明，在反應(yīng)過程中發(fā)生了H/D交換過程，并且醇溶劑充當(dāng)了產(chǎn)物氫原子的供體。此外，“明/暗”實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)可見光是反應(yīng)必需的。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)，作者提出了一種可能的反應(yīng)機(jī)理（Figure 2）。首先，可見光對IrIII配合物進(jìn)行光激發(fā)，得到具有氧化還原活性的激發(fā)態(tài)*IrIII，它與烷基鹵化物2進(jìn)行單電子轉(zhuǎn)移（SET）以產(chǎn)生IrIV配合物和烷基自由基I。緊接著，自由基I與烯烴1加成，形成烷基自由基II，經(jīng)螺[2.5]-辛二烯基自由基過渡態(tài)III的1,2-芳基遷移形成自由基IV。最后，自由基IV與氫自由基結(jié)合，從而生成目標(biāo)產(chǎn)物3。同時(shí)，烷基II也可與鹵代烷2反應(yīng)，形成ATRA產(chǎn)物4。

此外，機(jī)理還涉及一些其它的催化循環(huán)過程。IrIV配合物與叔胺進(jìn)行SET反應(yīng)以回收IrIII配合物并生成胺自由基陽離子A。緊接著，A與TFE溶劑進(jìn)行氫原子轉(zhuǎn)移，從而釋放出銨鹽B以及碳中心自由基C。進(jìn)一步的β-H消除可形成CF3CHO和一個(gè)氫原子基團(tuán)。而從反應(yīng)混合物中通過NMR觀察到三氟乙氧基半縮醛17的形成，假定它是由CF3CHO和TFE形成的。同樣，使用d1-MeOH作為溶劑會(huì)生成氘產(chǎn)物D-3aa和HCHO，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，它們可以進(jìn)一步與d1-MeOH反應(yīng)，生成化合物20。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

總結(jié)：南京大學(xué)史壯志教授課題組開發(fā)了一種高效且通用的可見光氧化還原催化策略，從而合成多種多取代全氟烷基化合物。該反應(yīng)使用鄰季碳中心烯烴作為底物，涉及自由基加成、1,2-芳基遷移、還原等過程，并使一個(gè)C-C鍵斷裂同時(shí)形成一個(gè)C-H和兩個(gè)C-C鍵。