可見(jiàn)光是電磁波譜中人眼能夠感知的部分，其頻率在3.8×1014～7.5×1014 Hz（380~750 THz）之間。與傳統(tǒng)熱催化相比，可見(jiàn)光催化具有綠色環(huán)保、操作簡(jiǎn)易高效等特點(diǎn)。近十年來(lái)，可見(jiàn)光氧化還原催化活化有機(jī)小分子生成自由基中間體的報(bào)道已經(jīng)越來(lái)越多，例如：關(guān)于簡(jiǎn)單烯烴和α,β-不飽和羰基化合物的光催化自由基加成反應(yīng)已被廣泛探索。
光催化反應(yīng)中的開(kāi)殼中間體經(jīng)常是由光催化劑介導(dǎo)的單電子或能量轉(zhuǎn)移形成的。然而相對(duì)于碳碳雙鍵，三鍵具有更大的單重態(tài)-三重態(tài)間隙，其導(dǎo)致碳碳鍵形成的速度較慢，難以進(jìn)行自由基加成反應(yīng)。Tang課題組曾提出在Ir催化劑和超化學(xué)計(jì)量的DIPEA作用下，以NHPI酯為自由基源與末端炔烴經(jīng)可見(jiàn)光照射合成Z-烯烴的方法（Scheme 1a）。MacMillan，Rueping和Wu通過(guò)采用多催化方法規(guī)避了上述缺乏反應(yīng)活性的問(wèn)題（Scheme 1b和1c）。
近期，西班牙巴塞羅那大學(xué)的Miquel A. Pericàs課題組報(bào)告了銅和光氧化還原雙重催化下炔烴的脫羧加氫烷基化反應(yīng)（Scheme 1d）。該方法以羧酸作為自由基源，以非對(duì)映異構(gòu)的方式構(gòu)建了一系列Z-或E-異構(gòu)體富集的烯烴結(jié)構(gòu)。作者認(rèn)為，反應(yīng)初期形成的乙炔銅可以通過(guò)光催化激發(fā)末端炔烴的基態(tài)電子，并導(dǎo)致由配體到金屬的電荷轉(zhuǎn)移，增加炔烴部分的親電性。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Catal.上（ACS Catal. 2020, 10, 6402?6408）。
（來(lái)源：ACS Catal.）
開(kāi)始，作者以N-Boc脯氨酸（1a）和苯乙炔（2a）作為模型底物，4CzIPN為光催化劑，針對(duì)配體、堿、銅源和溶劑篩選設(shè)計(jì)了一組多變量高通量實(shí)驗(yàn)（Figure 1）。結(jié)果顯示，CuOAc或Cu(OAc)2為催化劑，L1為配體，CsOAc為堿時(shí)，在藍(lán)色LED燈照射18小時(shí)后反應(yīng)取得了最佳的收率和Z/E值（A9和E9）。此外，當(dāng)配體和堿換為油胺（L4）和CsHCO3時(shí)（A8和E8），反應(yīng)優(yōu)先獲得E-異構(gòu)體；L4和CsOAc的組合也得到了E-異構(gòu)體為主的產(chǎn)物（A12和E12）。
（來(lái)源：ACS Catal.）
確定最佳反應(yīng)條件后，作者評(píng)估了反應(yīng)的底物適用性（Figure 2）。伯、仲、叔碳羧酸化合物的Z-選擇性加成反應(yīng)顯示，除叔碳以外，其他均可以選擇性地得到Z-異構(gòu)體。對(duì)于炔烴，鄰位或?qū)ξ粠в形娮踊鶊F(tuán)和供電子基團(tuán)的末端苯乙炔與N-Boc脯氨酸反應(yīng)都可以取得良好的收率。除此之外，雜芳族炔烴也可以很好地在反應(yīng)體系中兼容。其他非共軛炔烴（如1-己炔和叔丁基二甲基甲硅烷基乙炔）不適用于該轉(zhuǎn)化，無(wú)法提供相應(yīng)的脫羧加氫烷基化產(chǎn)物。
（來(lái)源：ACS Catal.）
為了進(jìn)一步探索惰性C-H鍵的烯基化方法，作者對(duì)光催化劑和堿進(jìn)行了第二次高通量篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)若將4CzIPN換為[Ir(ppy)2(4,4'-dtbbpy)]PF6，可以高收率（75％）和高Z-選擇性（82:18）地形成3r（Scheme 2）。
（來(lái)源：ACS Catal.）
接下來(lái)，作者進(jìn)行了控制實(shí)驗(yàn)以闡明該反應(yīng)的機(jī)理。首先，為了證實(shí)炔基銅是否是反應(yīng)的活性中間體，作者用0.2當(dāng)量的2a'代替Cu(OAc)2，并將苯乙炔的量減少到0.8當(dāng)量。結(jié)果顯示，反應(yīng)獲得了相似的收率和Z-選擇性（Scheme 3a）。其次，TEMPO的加入完全猝滅了反應(yīng)，表明反應(yīng)可能經(jīng)歷了自由基過(guò)程（Scheme 3b）。再者，將富含E-異構(gòu)體的3a混合物和2.5 mol％的4CzIPN加入0.1 M的DMA中輻射24 h后，3a被異構(gòu)化為和模板反應(yīng)相同的Z/E值。實(shí)驗(yàn)表明，該反應(yīng)的E/Z選擇性是由光催化劑介導(dǎo)的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程引起的（Scheme 3c）。
（來(lái)源：ACS Catal.）
最后，作者研究了產(chǎn)物中乙烯基氫的來(lái)源及它們的摻入過(guò)程。為此作者選擇D2O作為氘交換劑進(jìn)行了模板反應(yīng)。結(jié)果表明，隨著D2O的增多，烯烴雙鍵的氘比例越大（Scheme 4a）。另一方面，使用其他氘代溶劑（例如DMF-d7和N,N-二乙基乙酰胺-d3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到的產(chǎn)物并沒(méi)有明顯的氘摻入（Scheme 4b）。
（來(lái)源：ACS Catal.）
根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和文獻(xiàn)背景，作者提出了可能的反應(yīng)機(jī)理（Scheme 5）。可見(jiàn)光照射下，光催化劑4CzIPN可以達(dá)到其激發(fā)態(tài)PC*，其能夠還原溶液中存在的Cu(II)絡(luò)合物并氧化羧酸D。與此同時(shí)，Cu(II)歧化或在PC*作用下發(fā)生單電子轉(zhuǎn)移生成Cu(I)絡(luò)合物，并在堿CsOAc存在下形成絡(luò)合物A。A在可見(jiàn)光照射下通過(guò)配體到金屬的電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)形成A*，進(jìn)而加速自由基E的攻擊形成乙烯基自由基B。該乙烯基自由基B被PC·-還原生成相應(yīng)的乙烯基陰離子C。最后，Cu?C鍵陰離子質(zhì)子化并釋放Cu(I)絡(luò)合物得到富含E-異構(gòu)體的產(chǎn)物3a，其通過(guò)能量轉(zhuǎn)移進(jìn)行異構(gòu)化形成Z-3a。
（來(lái)源：ACS Catal.）
總之，作者開(kāi)發(fā)了一種用于末端炔烴與羧酸的分子間脫羧加氫烷基化的光催化方法。該方法使用簡(jiǎn)單易得且穩(wěn)定的銅催化劑克服了三鍵較大的單重態(tài)-三重態(tài)間隙這一固有動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘，其利用有機(jī)光催化劑促使羧酸生成烷基自由基并與炔銅中間體加成，最終轉(zhuǎn)化為Z-烯烴。
