光诱导的配体-金属电荷转移(LMCT)活化羧酸反应,正日益被公认为开发合成实用新反应的多功能平台。当金属物种同时具备介导氧化自由基偶联反应的能力时,该方法已被证实是实现羧酸盐原料与各类亲核反应物进行脱羧偶联反应的强效策略。LMCT光反应若能使酰氧自由基中间体参与其他以杂原子为中心的自由基经典反应(如1,5-氢原子转移反应),将拓宽潜在反应的范围。然而,脱羧反应的快速内在速率是个巨大的挑战。威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin–Madison)Tehshik P. Yoon课题组和科罗拉多州立大学(Colorado State University)Robert S. Paton课题组合作报道了LMCT催化的苯甲酸及脂肪族羧酸的C─H内酯化反应。机理研究表明,在优化反应条件下,关键的酰氧自由基中间体可通过金属中心实现稳定化,从而使1,5-zHAT反应得以在脱羧反应中占据优势。本文研究亮点:

1. 优异的反应收率:反应条件温和,仅需廉价金属盐与光照。苯甲酸类底物收率高达96%;脂肪族羧酸也能以良好收率高效转化。

2. 广泛的底物范围:该体系适用性广泛,能耐受甲基、乙基、异丙基(2a2c, 69%-96%产率)以及卤素、硼酸酯(2f2g)等多种官能团,并能以77%的产率合成天然产物n-丁基苯酞(2h)。

3. 合成实用性:该方法可直接用于药物分子(如化疗药衍生物4n)及天然产物的后期修饰,无需预活化,步骤经济性高,具备直接应用于复杂分子合成的潜力。

【Angew. Chem.】威斯康星大学Yoon合作Nature作者Paton:通过LMCT光活化实现羧酸的直接C─H内酯化反应

4. 金属稳定抑制脱羧通过金属稳定作用,成功抑制了脂肪族酰氧自由基的快速脱羧路径,使其脱羧副产物低于5%,实现了从“不可控脱羧”到“精准C–H官能团化”的突破。

本研究发展了一种高效的LMCT促进C–H内酯化策略,通过独特的金属稳定机制成功调控了高活性酰氧自由基的选择性。该工作不仅为内酯合成提供了新方法,更通过机制创新为拓展酰氧自由基的非脱羧化学开辟了充满潜力的新方向。

图1.  脱羧反应活性和研究挑战(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

图2.  反应优化(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

图3.  底物范围(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

图4.  机制研究(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.