点亮自由基化学的“光” | 乐研试剂

Hi，小伙伴们，大家好！学了这么多年化学，相信大家都发现了，在大学阶段我们能接触到的化学反应，主要是离子型或者极性反应，即使后来研究生学习各种Pd催化偶联，也主要是极性反应，这是由于在传统经典化学中，化学家对极性反应研究比较多，而自由基反应研究相对比较少，因此发展比较迟缓，这使得我们误以为，自由基反应是“无用”的反应。然而，就在2016年，这个情况发生了彻-底的转变，普林斯顿化学系大牛David W. C. MacMillan 携“光催化脱卤偶联”横空出世[1]，彻-底扭转了自由基化学命运，从此开启了光催化Csp2-Csp3 偶联的全新篇章！

自此以后，各种各样的烷基自由基前体被开发出来，用于构建Csp2-Csp3键，形成了光催化Csp2-Csp3六大偶联，即光催化脱卤偶联、光催化脱氧偶联[2]、光催化Quasi-Suzuki Coupling[3]、光催化脱硼偶联[4]、光催化脱羧偶联[5]和光催化脱硅偶联[6]。

然而，与常规偶联不同的是，光催化偶联反应是通过光催化剂在光照下进入激发态，随后氧化底物，通过SET单电子转移得到烷基自由基，随后还原Ni催化剂至零价，零价的Ni与芳卤发生氧化加成，形成NiII，随后NiII中间体捕获生成的烷基自由基，得到NiIII中间体，紧接着还原消除得到Csp2-Csp3偶联，实现催化循环。通过Ni与光催化的结合，光催化偶联克服了传统Pd催化严重的β-H消除反应，并且比Zn粉还原偶联更加温和、底物耐受性也更强。在不同的偶联反应中，底物的氧化电势不同，光催化剂就需要根据底物和Ni催化剂进行调整，形成了各种不同的光催化反应。

在这众多的光催化剂中，最-常用的催化剂莫过于Ir[dF(CF3)ppy]2dtbpyPF6和4CzIPN 了，Ir[dF(CF3)ppy]2dtbpyPF6以其宽阔的电极电势范围，悠长的激发态寿命，成为众多光催化剂中的明星，而4CzIPN由于电极电势和激发态寿命接近Ir[dF(CF3)ppy]2dtbpyPF6催化剂，因此成为了Ir[dF(CF3)ppy]2dtbpyPF6催化剂的最-佳替代品，用以降低反应成本，并使得反应更加绿色环保。

随着光催化偶联反应的发展成熟，各种催化剂的应用，光催化筛选反应逐渐进入了大家的视野，因此产生了铱、咔唑、钌、吖啶、其他光催化剂五大类光催化剂，在各种各样的光催化反应中，发挥着神奇的作用。同时，乐研也紧跟科研的潮流，大规模商品化了大量实用的光催化剂，如图所示。

Ir光催化剂

咔唑光催化剂

Ru光催化剂

十聚钨酸盐催化剂

综上所述，Ni/光氧化还原双催化已经成为构建Csp2-Csp3键的强有力的工具，实现传统方法难以实现的反应，同时光催化反应凭借其温和的条件，良好的官能团耐受性，迅速取代传统Negishi Coupling、Suzuki Coupling，成为与Zn粉还原偶联齐名的Csp2-Csp3键构建方法，在药物分子的合成与官能团化中，发挥着越来越重要的作用。未来伴随着光化学与流体化学技术的发展，未来的化学工业发展必然走向更加温和、绿色、安全、节能的方向发展，从而真正实现安全生产！

参考文献

[1] J. Am. Chem. Soc. 2016,138, 8084-8087;

[2] Nature.2021,598, 451-456;

[3] J. Am. Chem. Soc. 2022,144, 9997-10005;

[4] J. Am. Chem. Soc. 2015,137, 2195-2198;

[5] Science.2014,345, 437-440;

[6] Org. Lett. 2021,23,4250-4255.

? 关于 乐研

乐研品牌隶属于上海皓鸿生物医药科技有限公司，是上市企业皓元医药（股-票代码：688131）子公司。专注服务于医药研发领域，经过多年快速发展，已成为集研发、定制合成和销售于一体的高-端试剂品牌。乐研拥有享誉业内的自主研发技术能力，秉承“研发实力打造高品质”的理念进行产品的开发，始终致力于为国内外化学和医药研发领域用户提供最-优质的产品和最-专业的服务，乐研开发和打造的产品系列主要包括： 90000+ 分子砌块、合成试剂、医药中间体和相关的仪器耗材。能满足用户从mg级到kg级、从标准化到定制化的实验室综合需求。

乐研的所有产品仅用作科学研究，我们不为任何个人用途提供产品和服务。