卡宾转移反应合成新型含硫AIE分子

碳-硫键广泛存在于自然界中，并且由于硫原子的独特性质，因此引入硫原子已经成为开发药物分子和功能材料的重要策略之一。四芳基烯烃化合物表现出聚集诱导发光 (Aggregation-Induced Emission, AIE) 特性，具有该特性的分子已经广泛的用于有机发光二极管、生物成像、化学传感和辅助医学治疗领域，因此具有巨大的应用潜力，在四取代烯烃上引入硫原子是开发这类材料的有效途径。但是受实验条件和底物范围的限制，立体选择性的含硫多取代烯烃的获得仍然是较困难的。刘路教授团队长期致力于卡宾转移反应的研究（图1），已经实现卡宾参与的苯酚、萘酚、甲苯的高位点选择性碳氢键活化反应 (Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 506; J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 6904; Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 14807; Angew. Chem. Int. Ed.,  2017, 56, 2749; Chem. Sci., 2016, 7, 1988; Chem. Sci., 2019, 10, 6553; Chem. Commun, 2017, 53, 10164) 和串联的环化及去芳构化反应 (Chem. Commun., 2016, 52, 2257; Chem. Commun., 2016, 52, 9351; Chem. Commun., 2020, 56, 8202)。

图1. 重氮参与的C(sp²)-H活化反应

近日，在此基础上华东师范大学刘路（点击查看介绍）团队设计了一种使用重氮酮类化合物与酰基硫酯发生1,4-酰基迁移反应快速构建含硫四取代烯烃（TVS）的方法，该反应过程不同于已知的三种硫叶立德的迁移，并且具有条件温和、反应速率快、收率高、应用范围广、原子经济性、高立体选择性以及低催化剂用量的特点。获得的TVS是一类新型的AIE分子（图2）。

图2. TVSs的设计与合成

如图3所示，在最优反应条件下，作者进行了底物范围的考察。对于烯烃的四个部分进行更换均能取得良好的效果，说明该反应具有优异的底物应用范围。包括含有竞争性基团苄基 (3ma)、烯丙基 (3xg) 或炔丙基 (3yg) 结构的硫代乙酸酯也能顺利获得1,4-酰基迁移反应产物。当使用重氮酯类化合物时仍然可以获得四取代烯烃 (3ap-3aw)。值得一提的是进行了初步的药物相关研究，包括卡多曲在内的六种生物活性结构均兼容此反应 (4-9)。环状硫代酸酯的扩环反应也能成功获得含硫中到大环（C7-C10）化合物10（图4）。

图3. 1,4-酰基迁移反应底物适用性考察

图4. 扩环反应获得含硫中/大环化合物

随后作者进行了规模扩大反应，可将催化剂用量降低至0.02%，TON高达3650，并且产物可以通过简单的重结晶进行提纯，说明此反应有进一步扩大规模生产的潜力（图5）。交叉实验和DFT计算（图6）证明该反应经历分子内过程，五元环过渡态TS-3是实现立体选择性控制的原因。

图5. 克级规模反应和交叉实验

图6. DFT计算

最后作者对制备的TVSs进行了一系列光物理活性测试，证明该化合物是一类新型的AIE分子，值得注意的是测试结果表明含不同取代基的TVS具有不同的光物理性质, 如图7所示。该小组还将对TVSs进行进一步的开发，有关光学性能及材料应用的研究还在进行当中。

图7. 光学活性测试

相关成果近日在线发表于Nature Communications 上。华东师范大学2018级博士生刘迅绅为论文第一作者，硕士生唐智琼和本科生李名家也参与此课题的研究，徐林教授在光学性质测试部分给予了帮助，复旦大学李志铭教授完成了DFT计算方面的工作，李志铭教授和刘路教授和为论文共同通讯作者，该工作得到了国家自然基金科学委、上海市科委项目的资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Modular and stereoselective synthesis of tetrasubstituted vinyl sulfides leading to a library of AIEgens

Xun-Shen Liu, Zhiqiong Tang, Zhiming Li, Mingjia Li, Lin Xu & Lu Liu 

Nat. Commun., 2021, 12, 7298, DOI: 10.1038/s41467-021-27167-x

导师简介

刘路，华东师范大学化学与分子工程学院教授、博士生导师，化学院教学指导分委会副主任、有机化学学科主任。2001年本科毕业于华东师范大学化学系，2010年在华东师范大学获得博士学位，师从张俊良教授。同年进入美国Miami大学Hong Wang小组进行博士后研究。2013年7月回到华东师范大学任教，2014年获得上海市“浦江人才计划”项目资助，多次获得国家自然科学基金委“面上项目”以及上海市基础研究重点项目等资助。研究领域包括重氮参与的卡宾转移反应、不对称催化、新型手性膦催化剂的设计与应用以及有机发光材料的设计与合成等。研究成果在Chem. Soc. Rev., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci., ACS Catal.等国际知名杂志上发表文章50多篇。主编教材《现代有机化学实验》，在中国大学MOOC上开设在线课程《有机化学实验I》和《有机化学实验II》两门，选课人数超过3万。获得荣誉包括上海市浦江人才计划（2014），华东师范大学本科教学年度贡献奖（2018），2018年华东师范大学自然科学二等奖（第一完成人，2019），入选英国皇家化学会ChemComm Emerging Investigators（2020），晋升为中国化学会高级会员（2021）。

个人主页：

https://faculty.ecnu.edu.cn/_s34/ll2/main.psp 

https://www.x-mol.com/groups/liulu