南农大邓红平Adv. Synth. Catal.：无金属参与的光催化偕二氟烯烃与末端炔烃的发散性串联[4+2]加成-脱氟环化反应

Wiley

2025-08-26

研究背景

1,3-环己二烯因其独特的结构特性，广泛存在于具有生物活性的天然产物和药物活性分子中。因此，发展1,3-环己二烯的高效合成方法一直备受化学家关注。炔烃由于廉价易得，被广泛应用于1,3-环己二烯的高效合成中。已报道的方法如过渡金属催化的[2+2+2]环加成和过渡金属催化的炔烃/二烯的交叉复分解反应等需要使用贵重的过渡金属催化剂，而关于无金属参与的利用廉价易得的炔烃为原料高效合成1,3-环己二烯衍生物的方法则鲜有报道。

文章概述

近日，南京农业大学邓红平教授课题组通过光致氧化还原催化策略，实现了一种温和的、无金属参与的偕二氟烯烃与炔烃的发散性串联[4+2]加成-脱氟环化反应。该方法能够兼容多种末端炔烃底物，以中等至良好的产率选择性合成一系列1,3-环己二烯衍生物或氟代联苯衍生物。通过药物分子的后期功能化以及高附加值复杂分子的合成，展示了该合成策略的实用性。

图文导读

首先，作者以偕二氟烯烃衍生物1a-1c与苯乙炔2a为模板原料，通过对光催化剂、碱、溶剂、反应时间等进行考察，发现以1a作为反应底物，以3CzClIPN为光催化剂、甲醇锂为碱、乙腈为溶剂时，在蓝光照射12小时为串联[4+2]加成-脱氟环化反应的最佳条件，能够以54%分离收率得到1,3-环己二烯类产物；然而以1c作为反应底物，4CzIPN为光催化剂、氢氧化锂为碱、1，4-二氧六环为溶剂时，在蓝光照射24小时为反应条件时，选择性发生串联[4+2]加成-脱氟环化-芳构化反应，以50%的最佳分离收率得到氟代芳香烃产物（图1）。

图1 反应条件的筛选

图2 反应底物普适性考虑及期反应产物的转化应用

在最优反应条件下，作者对反应底物的普适性进行考察，对于串联[4+2]加成-脱氟环化反应，该反应适用于各种带有不同取代基的偕二氟烯烃和多种非活化的端炔，以中等到良好的产率得到1,3-环己二烯类产物。此外，该策略还适用于多种药物活性分子的后期官能团化修饰（图2A）。

随后，作者对串联[4+2]加成-脱氟环化-芳构化反应的底物范围进行了考察。该策略能够兼容多种非活化端炔。在最佳的反应条件下，带有不同取代基的偕二氟烯烃都能较顺利地发生该反应（图2B）。

利用简单地转化，该反应的产物可以很好地转化为一系列高附加值的复杂分子。例如，1,3-环己二烯类产物通过脱脂芳构化反应及Diels-Alder反应成功转化为芳香衍生物和氮杂桥环衍生物；氟代芳香烃产物通过氰基醇解与水解反应转化为相应的酯和酰胺衍生物；此外，利用亲核取代反应，氟代芳香烃产物很容易地转化为OLED的荧光材料和新型有机光催化剂（图2C）。

图3 机理研究实验及可能的反应机理

利用一系列控制实验（开关灯实验、荧光淬灭实验、自由基捕获实验及反应物的氧化电势测定等），作者对反应的机理进行了详细地研究(图3A-3C)，并提出了反应的可能机理(图3D)：在光照条件下，偕二氟烯烃负离子被激发态的光催化剂单电子氧化，生成自由基中间体I；中间体I与炔烃2发生自由基加成，生成乙烯基自由基中间体II；该中间体随后发生分子内自由基加成，生成苄基自由基中间体III；还原态光催化剂对中间体III进行单电子还原，生成苄基阴离子中间体IV，并再生光催化剂。最后，中间体IV发生β-氟负离子消除，生成1,3-环己二烯产物3；当吸电子基团为氰基和芳基磺酰基时，1,3-环己二烯3会继续发生脱芳基磺酰基芳构化过程，生成最终的氟代芳香烃产物4。

总结

作者开发了一种无金属参与的光致氧化还原催化偕二氟烯烃与末端炔烃的发散性串联[4+2]加成-脱氟环化反应。该方法能够兼容多种偕二氟烯烃以及各种未活化的末端炔烃，能够以中等至良好的产率得到1,3 -环己二烯衍生物和氟代芳烃产物；同时，该合成方法并成功应用于OLED荧光材料和和新型光催化剂的高效合成。

期刊简介

《Advanced Synthesis & Catalysis》是有机化学、有机金属化学和应用化学领域最具影响力的期刊之一。该期刊重点发表学术和工业领域关于高效、实用和环境友好的有机合成的新成果，因而具有较高的影响力。主要涉及领域及方向包括：有机化学、无机化学、有机金属化学、绿色化学、均相催化、多相催化、有机催化、酶催化、不对称催化、多相催化、有机合成、不对称合成、合成方法、负载型催化剂和配体设计等。