近年來，光催化反應發(fā)掘了催化活化的潛力，使其不局限于原有的基態(tài)反應活性，這為不對稱催化提供了新的反應途徑（Fig. 1a）。例如，PaoloMelchiorre課題組報道了在可見光激發(fā)下，手性有機小分子催化中間體可以產生傳統(tǒng)基態(tài)催化反應所不具備的新型催化功能。另外，手性路易斯酸通過與羰基底物配位形成光敏中間體也已被用于引發(fā)光催化的不對稱自由基轉化。相比之下，利用光從手性有機金屬配合物中發(fā)展出新穎反應模式的報道仍較少。近日，西班牙加泰羅尼亞化學研究所（ICIQ）的Paolo Melchiorre教授課題組發(fā)現(xiàn)在可見光照射下能夠改變手性烯丙基-銥(III)配合物的原有的反應活性，進而實現(xiàn)基于自由基機制的對映選擇性途徑。該光化學策略能夠完成熱力學條件下無法實現(xiàn)的烯丙醇與自由基前體的對映選擇性烷基-烷基交叉偶聯(lián)反應（Fig. 1b）。相關研究成果發(fā)表在Nat. Chem.上（DOI: 10.1038/s41557-021-00683-5）。
（圖片來源：Nat. Chem.）
Carreira課題組最初報道了[Ir(cod)Cl]2與手性亞磷酰胺-烯烴配體(S)-L配位后生成配合物Ir-1，它可以促進多種親核試劑與烯丙醇1氧化加成，并以優(yōu)異的立體和區(qū)域選擇性得到支鏈產物（Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 3139）。作者發(fā)現(xiàn)在弱藍光（460 nm）照射下可以改變它的催化活性。作者先是分離得到呈亮橙色的Ir-1配合物，這表明它具有吸收可見光的能力（Fig. 2b）。然后對Ir-1做了電化學、光譜測試以及利用Rehm-Weller公式確定它在激發(fā)態(tài)下的氧化還原電位為（E* (Ir-1(III)*/Ir-1(II))= +1.24 V）下，這意味著光激發(fā)可以將親電子的基態(tài)配合物Ir-1轉變?yōu)榱己玫腟ET氧化劑。
為驗證Ir-1*在激發(fā)態(tài)時能否經(jīng)電子轉移機制活化在熱條件下不會反應的非親核底物，作者選擇三甲基硅咔唑2a為模型底物進行發(fā)光猝滅分析來評估激發(fā)態(tài)的烯丙基-銥絡合物Ir-1*與2a相互作用的可行性（Fig. 2b）。因為（1）2a的氧化還原電位為（E (2a?+/2a)= +1.13 V vs Ag/Ag+ in CH3CN)，這表明它能被激發(fā)態(tài)的Ir-1*經(jīng)SET氧化，以及（2）三甲基硅基（TMS）輔助基團能通過電子轉移促進自由基形成。一系列Stern-Volmer猝滅實驗表明硅烷2a可以有效地猝滅Ir-1*的激發(fā)態(tài)，因此2a是合適的底物。隨后，作者對該不對稱偶聯(lián)反應進行條件篩選。在三氟乙酸和催化量的[Ir(cod)Cl]2和(S)-L存在下，烯丙醇1a和硅烷2a在丙酮中藍光照射12小時，以58%的收率得到支鏈選擇性的交叉偶聯(lián)產物3a，er值為93:7（entry 1）。對照實驗表明在黑暗中或在自由基捕獲劑（TEMPO）存在下反應活性被完全抑制。將自由基前體換成1,4-二氫吡啶 2c時（E (2c?+/2c)= +0.96 V vs Ag/Ag+ in CH3CN）時，反應收率最佳，且具有優(yōu)異的立體選擇性（entry 4）。此外，使用(R)-L配體則可以獲得相反的對映異構體產物ent-3a（entry 7）。
（圖片來源：Nat. Chem.）
在最優(yōu)反應條件下，作者探究了自由基前體2的普適性（Table 1）。咔唑骨架上連有多種取代基（例如烷基、鹵素和硼官能團）的1,4-二氫吡啶可以較高的收率和對映選擇性得到相應的產物3b-3h。利用其他的α-氨基自由基前體能夠在產物3i-3p上立體選擇性地引入有價值的氮雜環(huán)片段（如吲哚、羥吲哚、3,4-二氫喹諾酮和喹諾酮等）。另外，非環(huán)狀的氨基甲酸酯也能順利獲得偶聯(lián)產物3q和3r。接著，作者考察了烯丙醇1的適用范圍。在苯環(huán)鄰、間、對位連有多種官能團的底物順利反應得到相應的產物4a-4o，并且官能團具有良好的耐受性，炔基、硅基、硼和鹵素等都能耐受。
（圖片來源：Nat. Chem.）
基于以上實驗結果，作者提出了一個合理的催化循環(huán)（Fig. 3）。由[Ir(cod)Cl]2和配體L絡合生成手性Ir(I)預催化劑，在酸促進下與烯丙醇1經(jīng)氧化加成產生（η3-烯丙基）銥(III)配合物Ir-1。在可見光照射時，激發(fā)的Ir-1*通過SET氧化活化自由基前體2。該氧化還原步驟開啟了一個獨特的反應模式，因為它在引發(fā)自由基I形成的同時，產生了自由基陽離子III和銥(II)中心II。后者被中間體I經(jīng)自由基-金屬交叉捕獲形成更穩(wěn)定的銥(III)配合物IV。最終，IV經(jīng)區(qū)域和立體選擇性還原消除形成C(sp3)-C(sp3)鍵得到產物3，同時再生出活性Ir(I)催化劑。
（圖片來源：Nat. Chem.）
總結：在可見光照射下，手性烯丙基-銥(III)配合物可以改變其原有的反應活性，實現(xiàn)烯丙醇與自由基前體的對映選擇性烷基-烷基交叉偶聯(lián)反應。這為進一步擴展光致激發(fā)在不對稱過渡金屬催化中的潛力提供了參考。
