情投意合才能配对成EDA Complex

2008年美国普林斯顿大学David W. C. MacMillan首次报道了利用光氧化还原催化剂与麦克米兰催化剂联用，在可见光下通过自由基反应开发了一系列反应（J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 10875-10877）。下图中给出了一个不对称三氟甲基化的实例作为参考（Scheme 1）。

Scheme 1: Enantioselective α-Trifluoromethylation of Aldehydes via PhotoredoxOrganocatalysis

看起来与之相似，但笔者觉得更有意思的是2013年Paolo Melchiorre在Nature Chemistry上刊登的下图这个反应，不需要使用光氧化还原催化剂，仅仅利用了胺催化诱发出自由基，实现了醛的α-烷基化反应（Nat. Chem., 2013, 5, 750）。对于该反应的机理解释，作者首次提出了transient electron donor acceptor (EDA) complex的概念。该complex的形成通常伴随有颜色的变化，在上述反应中，这个complex包含了一个富电子的烯胺与一个缺电子的溴代有机物，这两种底物通过n->π*的相互作用，在可见光下进行单电子转移形成了自由基离子对，进行不对称烷基化反应（Scheme 2）。

Scheme 2:Asymmetric α-alkylation of aldehydes by EDA complex via photochemical process

而为了进一步证明EDA complex的存在，Melchiorre等人又做了下面这个特别重要的工作（Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 1485）。这篇文章中，作者还是利用了缺电子的溴代底物作为EDA complex的electron acceptor, 同时使用吲哚类化合物作为electron donor。类似的，该反应中先形成EDA complex，之后再在可见光照射下诱发形成自由基离子对进行反应。

Figure 1: X-ray characterization of an EDA complex relevantto the photochemical alkylation

而机理探索中，作者发现在两种底物混合后，可以明显观察到红移（bathochromic shift）（下图a、b）。而更直接的证据是作者分离出的EDA complex单晶，晶体结构显示这两种化合物之间的距离在3.329埃以内，明显小于范德华力的距离（3.4埃），这就证实两种底物之间存在一定的相互作用（下图c、d）。

随后Melchiorre又把EDA complex相关理论运用到了全氟化反应中（J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 5678）。该反应利用了相转移催化剂以便于构筑手性中间体环境，进行手性诱导。通过这些底物（见下图）我们可以发现，相对于带有给电子基团的indanone3h，带有吸电子基团的反应活性更高，收率更好。并且该反应同样适用于手性三氟甲基化反应。

Table 1: Photochemical enantioselective perfluoroalkylation ofindanone-derived β-ketoesters under PTC conditions.

相转移催化剂还有一个作用就是使得两种反应底物能够很好的混合，并且混合后的溶液具有EDA complex的变色特性，以及红移效果（见下图）。

最后来看该反应的可能机理。indanone底物1与碱反应形成烯醇负离子，与手性PTC催化剂构成手性离子对中间体IV，该中间体IV作为electron donor与氟化烷基碘相互作用构成EDA complex，在可见光作用下形成氟化烷烃自由基，在这里中间体IV与氟化烷基自由基反应形成自由基VI，然后自由基VI作为起始剂与RF-I进行碘代反应，再次诱发出氟化烷烃自由基，形成中间体VII，最后离去碘形成产物3。

Figure 3. Proposed mechanism: initiation, triggered by the photoactivityof the EDA complex, and radical chain propagation; X = I, Br.

该类EDA complex的反应着实很有趣，最近X-MOL也报道了Melchiorre的最新成果——合成季碳手性中心的自由基路线（手性中心的“自由”之路）。但是从这个反应看，要形成EDA complex, 底物的组合就会变得受限。

（本文由大哥带你来超神供稿）

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