论文DOI：10.1021/acscatal.0c00610 近日，中国科学技术大学汪普生特任副研究员报道了光氧化还原介导的氢原子转移和不对称质子化接力实现脂肪族C-H键不对称烷基化反应。该反应以四丁基十聚钨酸铵盐（TBADT）和手性螺环磷酸作为催化剂，实现惰性脂肪族C-H键（包括环烷烃C-H键，苄基C-H键和烯丙基C-H键）与环状共轭烯酮在光照条件下发生不对称加成反应得到手性环酮类化合物。通过脂肪族C–H键的直接不对称官能化可以实现从简单易得的化学原料到复杂的手性分子的高效转化，大大提高合成效率。目前过渡金属催化C(sp3)-H活化是实现脂肪族C–H键不对称官能化的一种最有效的策略，但是由于该策略的成功常常依赖于导向基团，限制了其在简单烃类化合物中的应用。此外，光氧化还原介导的HAT是近些年发展的另外一种实现脂肪族C–H键活化的有效手段，可以实现多种类型C(sp3)-H的高效转化。TBADT是一种高效且廉价易得的HAT光催化剂，可以选择性地攫取多种脂肪族化合物的氢原子，实现脂肪族C-H键的氧化、硝化、氟化、脱氢、烷基化和芳基化等各种官能化反应。尽管取得了这些研究进展，但是TBADT催化实现惰性脂肪族C-H键的不对称转化仍然是一个挑战性的课题。在此篇工作中，我们使用TBADT和手性螺环磷酸联合催化剂体系，经历氢原子转移（HAT）/自由基加成/攫氢/不对称质子化接力过程实现了惰性脂肪族C-H键的不对称烷基化反应。我们选择环己烷1和1-四氢萘酮衍生的烯酮2作为模板反应物，并发现以TBADT和手性螺环磷酸A1作为催化剂，在近紫外光的照射下能以49%收率和81％ee得到目标加成产物3。然后我们对溶剂和手性螺环磷酸进行了筛选，结果表明，使用苯腈和手性螺环磷酸A4时反应的对映选择性可以达到91%，但是收率比较低。接下来我们发现通过增加环己烷和溶剂的量可以在保持对映选择性的同时提高收率，最终以79％分离收率和91％ee得到产物3。除此之外，我们还尝试了不加磷酸的对照实验，结果产物的收率明显降低。在最优条件下，我们对底物的适用范围进行了探索。无论在1-四氢萘酮的5、6或7号位引入给电子或吸电子取代基，该反应均可得到良好的产率和优秀的对映选择性（4-13）。此外，杂环并烯酮、苯并七元环烯酮、非并环的五至七元环外烯酮在该条件下也能较好的适用（15-20）。非环状共轭烯酮只能以中等收率和对映选择性得到相应的产物（21）。然后我们对烃类的底物适用范围进行了研究。通过使用乙腈和二氯甲烷的混合溶剂，环烷烃能以较好的收率和对映选择性得到手性酮（22-24）。甲苯类化合物和四甲基乙烯也能很好地参与加成反应并获得产物（25-31）。值得注意的是，脂肪族醛也能适应此类反应，可用于合成手性1，4-二羰基化合物（33）。最后，我们对反应的机理提出了设想，首先，TBADT的阴离子I被光激发，产生三重激发态II。该激发态可以攫取环己烷2的氢原子，生成还原性光催化剂III和环己基自由基IV。然后，IV与环状共轭烯酮1进行共轭加成生成α-羰基自由基物种V。接着，α-羰基自由基物种V从还原型光催化剂III方向攫取氢原子，生成烯醇VI中间体，最后该中间体在手性螺环磷酸作用下通过不对称质子化得到产物3。通过使用TBADT和手性螺环磷酸作为催化剂，我们发展了一种光氧化还原介导的氢原子转移和不对称质子化接力实现的脂肪族C-H键不对称烷基化反应。该反应通过氢原子转移/自由基加成/攫氢/不对称质子化接力过程进行，对各种底物有很好的耐受性。该工作为惰性脂肪族C-H键的不对称转化提供了一种可能的新思路。
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