催化脫氫為從富碳的sp3結(jié)構(gòu)中獲得不飽和結(jié)構(gòu)提供了一種非常有用的策略。例如，以碳?xì)浠衔餅樵系拇呋瘹浠缮捎袃r值的烯烴，醇脫氫可形成羰基官能團(tuán)。熱力學(xué)對芳構(gòu)化是有利的，人們已經(jīng)開發(fā)出多種轉(zhuǎn)化來合成各種各樣的芳香族化合物。盡管催化脫氫工藝取得了重大進(jìn)展，但這類反應(yīng)條件苛刻，如反應(yīng)溫度高、需使用強氧化劑等，這些限制了該策略的實際應(yīng)用。
光催化在相對溫和的條件下為合成目標(biāo)分子提供了新穎和實用的策略。近年來可見光催化也被應(yīng)用于催化脫氫領(lǐng)域，如四氫喹啉和吲哚啉在光催化下高效地生成相應(yīng)的芳香雜環(huán)（Scheme 1A）。通過可見光催化脫氫直接獲得N-芳基胺是困難的（Scheme 1B）。對于飽和N-雜環(huán)結(jié)構(gòu)的光催化脫氫反應(yīng)，會通過單電子轉(zhuǎn)移（SET）產(chǎn)生活性胺基陽離子物種來實現(xiàn)所需脫氫的反應(yīng)，然而環(huán)外含氮官能團(tuán)很容易發(fā)生副反應(yīng)。因此，光催化下含環(huán)外氮原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)選擇性地實現(xiàn)所需的脫氫反應(yīng)具有很大的挑戰(zhàn)性。此外，在反應(yīng)過程中，生成的N-芳基胺會成為反應(yīng)性很強的競爭性的底物，其可能在光催化下轉(zhuǎn)化為不需要的α-氨基自由基、亞胺和烯胺物種。
近日，韓國科學(xué)技術(shù)學(xué)院（KAIST）的Jungwon Kim、Hyotcherl Ihee和Soon Hyeok Hong團(tuán)隊從2-環(huán)己烯胺前體出發(fā)，通過可見光催化脫氫合成了N-芳基胺（Scheme 1C）。其成果發(fā)表在Chemical Science上（DOI: 10.1039/d0sc04890a）。
（圖片來源：Chemical Science）
作者選擇2-環(huán)己烯胺A1作為模型底物來探索目標(biāo)反應(yīng)，經(jīng)過條件篩選（Table 1），作者確定3DPAFIPN為光催化劑，碘代五氟苯（C6F5I）作為氫原子受體，并以K2CO3作為堿，該脫氫芳構(gòu)化反應(yīng)可以95%的高產(chǎn)率得到目標(biāo)產(chǎn)物。
（圖片來源：Chemical Science）
在最佳條件下，作者對反應(yīng)底物范圍進(jìn)行了評估（Table 2）。含有各種官能團(tuán)的芐胺衍生物，包括鹵化物（B3，B4，B8）、酯（B5）、三氟甲基（B6）和硼酸酯（B7）均適用于該反應(yīng)，并以良好的產(chǎn)率得到所需的N-芳基胺。胡椒基胺衍生物（B9）與其它雜芳香甲胺衍生物（B10和B11）也能在該反應(yīng)條件下進(jìn)行反應(yīng)。其他仲胺前體，如α-甲基芐胺（B12）、線性或環(huán)狀脂肪胺（B14，B15），甚至空間體積龐大的1-金剛烷胺衍生物（B16）也可用于該反應(yīng)。使用不同類型的叔烯丙基胺（B17-B21），反應(yīng)的效率也保持不變。令人高興的是，芐基、四氫萘、α-氨基位置沒有被氧化（A22、A23），表明與先前報道的氧化芳構(gòu)化條件相比，這一溫和的反應(yīng)條件更有優(yōu)勢。隨后，作者以不同環(huán)己烯基骨架進(jìn)行反應(yīng)，實現(xiàn)了鄰/間/對位取代N-芳基胺的合成（B24-B29）。硫化物（A29）也能與該反應(yīng)相容，以良好的產(chǎn)率獲得含有N-芳基胺的硫。
（圖片來源：Chemical Science）
作者進(jìn)一步將具有生物活性的胺應(yīng)用于該反應(yīng)（Table 3）。含有多環(huán)結(jié)構(gòu)的胺進(jìn)行脫氫反應(yīng)，氨基酸部分和萜類結(jié)構(gòu)都完整地保留了下來，并以適中產(chǎn)率形成相應(yīng)的N-芳基胺。各種反應(yīng)位置的底物，如芐基（62%，B30），叔丁基（67%，B32），和α-氧碳（B34-B36），均能耐受反應(yīng)條件。當(dāng)使用同時含有環(huán)己烯基和四氫萘基團(tuán)的舍曲林衍生物（A33）時，反應(yīng)選擇性地發(fā)生環(huán)己烯基芳構(gòu)化，生成相應(yīng)的N-芳基胺（45%，B33），并且四氫萘基團(tuán)保持完整。這種獨特的化學(xué)選擇性有助于合成具有生物活性的N-芳基胺，同時保持其特殊的結(jié)構(gòu)。
（圖片來源：Chemical Science）
廣泛的烯丙基胺底物以高度的反應(yīng)性和選擇性完成了光催化脫氫形成N-芳基胺。為了弄清楚該反應(yīng)機理，作者從三個方面展開了機理研究。首先，與之前報道的芐胺官能化形成鮮明對比，本反應(yīng)中含有反應(yīng)性芐基位置的A并未顯示任何芐基位置活化的跡象。作者通過機理實驗搞清楚選擇性脫氫芳構(gòu)化的起源（Fig. 1）。此外，作者對C6F5I作為氫原子受體在反應(yīng)中的作用做了進(jìn)一步研究。
（圖片來源：Chemical Science）
根據(jù)機理研究實驗和之前的研究報道，作者提出了光催化2-環(huán)己烯基胺脫氫的機理（Fig. 2A）。烯丙基胺底物（A）的轉(zhuǎn)化由三重態(tài)光催化劑（3PC）的單電子氧化引發(fā)，生成胺基陽離子（A-radcat），該陽離子經(jīng)過簡單的脫質(zhì)子反應(yīng)生成α-氨基自由基物種（A-rad）。由光催化劑（PC·-）還原C6F5I生成的五氟苯基自由基（C6F5·）從A-rad的另一烯丙基位置提取氫原子，形成二烯-胺中間體（A-diene）。最終，由高度共軛的烯胺基自由基中間體（A-dienerad）將氫原子轉(zhuǎn)移到C6F5自由基，生成芳香化產(chǎn)物B。在整個光催化循環(huán)中，生產(chǎn)途徑（Fig. 2B，黑色箭頭）和非生產(chǎn)途徑（Fig. 2B，綠色箭頭）共同配合，底物發(fā)生反應(yīng)的同時，產(chǎn)物會通過光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移（BET）防止副反應(yīng)的發(fā)生，從而使該反應(yīng)高效且具有選擇性。
（圖片來源：Chemical Science）
總結(jié)：作者發(fā)展了烯丙基胺的可見光催化脫氫合成有價值的N-芳基胺。氫原子轉(zhuǎn)移協(xié)同單電子轉(zhuǎn)移使帶有多個反應(yīng)位點的2-環(huán)己烯基胺能夠控制脫氫，從而在溫和的反應(yīng)條件下生成各種N-芳基胺。保護(hù)性光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移可防止副反應(yīng)的發(fā)生，在實現(xiàn)光催化脫氫合成N-芳基胺合的過程中起著關(guān)鍵作用。
