可見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，可見光催化具有綠色環(huán)保、操作簡易高效等特點。近十年來，可見光氧化還原催化活化有機小分子生成自由基中間體的報道已經(jīng)越來越多，例如：關(guān)于簡單烯烴和α,β-不飽和羰基化合物的光催化自由基加成反應已被廣泛探索。
光催化反應中的開殼中間體經(jīng)常是由光催化劑介導的單電子或能量轉(zhuǎn)移形成的。然而相對于碳碳雙鍵，三鍵具有更大的單重態(tài)-三重態(tài)間隙，其導致碳碳鍵形成的速度較慢，難以進行自由基加成反應。Tang課題組曾提出在Ir催化劑和超化學計量的DIPEA作用下，以NHPI酯為自由基源與末端炔烴經(jīng)可見光照射合成Z-烯烴的方法（Scheme 1a）。MacMillan，Rueping和Wu通過采用多催化方法規(guī)避了上述缺乏反應活性的問題（Scheme 1b和1c）。
近期，西班牙巴塞羅那大學的Miquel A. Pericàs課題組報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（Scheme 1d）。該方法以羧酸作為自由基源，以非對映異構(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)。作者認為，反應初期形成的乙炔銅可以通過光催化激發(fā)末端炔烴的基態(tài)電子，并導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）。
（來源：ACS Catal.）
開始，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，針對配體、堿、銅源和溶劑篩選設計了一組多變量高通量實驗（Figure 1）。結(jié)果顯示，CuOAc或Cu(OAc)2為催化劑，L1為配體，CsOAc為堿時，在藍色LED燈照射18小時后反應取得了最佳的收率和Z/E值（A9和E9）。此外，當配體和堿換為油胺（L4）和CsHCO3時（A8和E8），反應優(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）。
（來源：ACS Catal.）
確定最佳反應條件后，作者評估了反應的底物適用性（Figure 2）。伯、仲、叔碳羧酸化合物的Z-選擇性加成反應顯示，除叔碳以外，其他均可以選擇性地得到Z-異構(gòu)體。對于炔烴，鄰位或?qū)ξ粠в形娮踊鶊F和供電子基團的末端苯乙炔與N-Boc脯氨酸反應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，無法提供相應的脫羧加氫烷基化產(chǎn)物。
（來源：ACS Catal.）
為了進一步探索惰性C-H鍵的烯基化方法，作者對光催化劑和堿進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）。
（來源：ACS Catal.）
接下來，作者進行了控制實驗以闡明該反應的機理。首先，為了證實炔基銅是否是反應的活性中間體，作者用0.2當量的2a'代替Cu(OAc)2，并將苯乙炔的量減少到0.8當量。結(jié)果顯示，反應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，表明反應可能經(jīng)歷了自由基過程（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)化為和模板反應相同的Z/E值。實驗表明，該反應的E/Z選擇性是由光催化劑介導的能量轉(zhuǎn)移過程引起的（Scheme 3c）。
（來源：ACS Catal.）
最后，作者研究了產(chǎn)物中乙烯基氫的來源及它們的摻入過程。為此作者選擇D2O作為氘交換劑進行了模板反應。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）進行實驗得到的產(chǎn)物并沒有明顯的氘摻入（Scheme 4b）。
（來源：ACS Catal.）
根據(jù)這些實驗現(xiàn)象和文獻背景，作者提出了可能的反應機理（Scheme 5）。可見光照射下，光催化劑4CzIPN可以達到其激發(fā)態(tài)PC*，其能夠還原溶液中存在的Cu(II)絡合物并氧化羧酸D。與此同時，Cu(II)歧化或在PC*作用下發(fā)生單電子轉(zhuǎn)移生成Cu(I)絡合物，并在堿CsOAc存在下形成絡合物A。A在可見光照射下通過配體到金屬的電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)形成A*，進而加速自由基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)絡合物得到富含E-異構(gòu)體的產(chǎn)物3a，其通過能量轉(zhuǎn)移進行異構(gòu)化形成Z-3a。
（來源：ACS Catal.）
總之，作者開發(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)間隙這一固有動力學勢壘，其利用有機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。
