【人物与科研】中科院青岛能源所杨勇课题组Org. Lett.：氮化碳光催化末端炔烃可切换发散性全氟烷基化反应

全氟烷基炔烃和烯烃具有独特的生物活性，同时也是有机合成化学中的多功能合成子。在已报道的策略中，过渡金属、光催化剂、或电子给体-受体复合物（EDA）催化的卤代氟烷基试剂与炔烃的加成反应发展较为成熟。另一方面，铜介导/催化的末端炔烃碳氢键的直接全氟烷基化反应成为构建C(sp)-R F 键的有力手段。最近，基于自由基加成/还原消除策略的合成全氟烷基化炔烃也得到了发展。但上述策略普遍存在需要预官能团化炔烃、含氟试剂昂贵、需要昂贵且有毒性的金属催化剂或/和氧化剂、催化剂不能循环使用等缺点。

中科院青岛能源所杨勇研究员课题组长期致力于设计绿色高效的多相催化体系用于高附加值化学品的合成。近日，该课题组利用介孔石墨相氮化碳（mpg-CN）成功实现了末端炔烃的可切换发散性全氟烷基化反应。通过简单调节反应溶剂，可以以较高收率得到全氟烷基炔烃、烯烃和烯基碘化物。此外，mpg-CN适用于克级反应，且在回收使用6次后活性无明显下降。相关研究成果在线发表于Org. Lett.（DOI: 10.1021/acs.orglett.2c03814）。

作者首先以苯乙炔（1a）、碘代全氟丁烷（2c）作为模板底物，氮化碳为光催化剂，在碳酸铯存在下，蓝光照射24 h。当反应溶剂为DMF时，可以以78%的分离收率得到全氟丁烷炔烃产物（3ac, condition A）；当改变溶剂为THF时，可以以86%的分离收率得到全氟丁烷烯烃产物（4ac, condition B）；而当溶剂为二氧六环时，可以以85%的分离收率得到碘-全氟丁烷烯烃产物（5ac, condition C）。

Table 1. Optimization of reaction conditionsa（图片来源：Org. Lett.）

在获得上述最佳反应条件后，作者首先对condition A的底物范围进行了探索。当苯环上有一系列不同位置和电性的取代基时，均可顺利反应。其中，当取代基为强吸电子基团CN - , NO 2- 时，仍可以77%和72%的收率得到相应的产物3gc和3ic。此外，杂芳基乙炔与反应体系也能很好地兼容。对于生物活性分子雌酮，反应以64%的分离收率得到全氟烷基修饰后的产物3mc。接下来对于碘代全氟烷基底物范围的探讨表明，全氟烷基碘化物的烷基链长度对于反应效率没有明显的影响。遗憾的是，该反应体系对于烷基炔烃不兼容。

Scheme 2. Scope for the perfluoroalkylation of terminal alkynesa

（图片来源：Org. Lett.）

随后，作者对condition B的底物范围进行了探索。反应兼容性很好，无明显的电子效应和空间效应，均以中等至优异收率得到E/Z混合烯烃产物。同样的，全氟烷基碘化物中烷基链长度对于反应效率没有明显的影响。

Scheme 3. Scope for the hydroperfluoroalkylation of terminal alkynesa

（图片来源：Org. Lett.）

作者最后探讨了condition C的底物范围。芳环、杂芳环和烷基末端炔烃均可与不同链长的全氟烷基碘化物反应得到产物5ac-5vc，产物具有优异的E/Z立体选择性。

Scheme 4. Scope for the iodoperfluoroalkylation of terminal alkynesa

（图片来源：Org. Lett.）

作者将催化剂回收后再利用，实验结果表明mpg-CN可以连续重复使用6次而无明显的催化活性损失。

Figure 1. The recyclability of mpg-C3N4under Condition A.（图片来源：Org. Lett.）

最后，作者进行了初步的机理实验。将自由基捕获剂TEMPO加入反应体系，可以以65%的分离收率得到TEMPO-C 4 F 9 产物，而苯乙炔当量转化为炔基碘化物6。进一步实验表明，在碳酸铯存在下，苯乙炔与碘代全氟丁烷室温搅拌10 min即可以当量得到6，这可能是由于存在高活性的氢键复合物中间体（详见原文支持信息）。以化合物6代替苯乙炔1a与2c反应，以87%收率得到产物3ac，表明6可能为condition A的反应中间体。氘代实验表明THF不仅作为反应溶剂，而且作为氢供体参与反应。

Scheme 5. Control experiments

（图片来源：Org. Lett.）

综上，以氮化碳作为光催化剂，作者实现了末端炔烃与全氟烷基碘化物可切换发散性全氟烷基化反应。通过改变反应溶剂，可以精准调控反应产物。mpg-CN适用于克级反应且易于回收重复使用。该策略为具有重要生物活性的全氟烷基化合物的合成提供了一条方便可持续的绿色合成路线。

杨勇研究员简介：

杨勇，中科院青岛能源所研究员、博士生导师，2006年博士毕业于厦门大学，2007-2016年先后在日本、美国、新加坡从事研究工作，2016年入职中国科学院青岛生物能源与过程研究所，任低碳催化转化研究组负责人，2018年入选英国皇家学会牛顿高级学者，目前主要从事金属有机催化、多相催化、光电化学催化材料设计及其在有机转化中的应用研究，以第一/通讯作者在AM, JACS, ACS Catalysis, Small, Applied Catalysis B, Chemical Science, Green Chemistry等期刊发表论文60余篇，申请专利20件，授权专利8件。目前主持国家自然科学基金、国际人才、中科院、山东省重点研发和山东省自然科学基金重点、企业合作等研究项目。

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