简介

虽然马氏规则在解释烯烃加成反应的机理中起到了关键的作用，且该规则也在科研领域和实际生产中得到了广泛的应用，但通过催化过程得到具有反马氏规则的加成产物的种类却非常少。为了更好地为科研助力，阿拉丁提供了一系列可通过光引发的吖啶鎓盐，这类盐可以促进各种烯烃的加氢官能化，并具有完全反马氏规则的加成选择性。

阳离子有机氧化剂9-甲基亚基-10-甲基吖啶高氯酸盐最初是由Shunichi Fukuzimi团队设计的[1]。自引入以来，Nicewicz小组已经证明了这种材料和相关的光氧化还原催化剂（M352388, M486765, M486763）与含硫醇的氢原子转移催化剂共同使用时的广泛实用性[2]。通过生成烯烃阳离子自由基中间体[3]，这种独特的光氧化还原催化剂体系可使各种活化和未活化的烯烃与各种亲核试剂（如羧酸、胺、无机酸、丙炔醇和烯丙醇等）进行加氢功能化[2, 3]。

优势

• 不含金属元素、可见光催化

• 在空气中和湿度较大的环境中稳定

• 温和的反应条件

• 反马氏规则的加成选择性

• 与钌和铱聚吡啶光氧化剂相比，具有优越的氧化能力

• 通过LED泛光灯照射可直接激发吖啶盐

典型应用

加氢醚化

以2-苯基丙二腈为氢原子供体与9-甲基亚-10-高氯酸甲酯直接进行分子内反马氏规则的加氢醚化反应，能够得到比例超过20:1的区域选择性加成结果。[4]

氢胺化

烯烃的氢胺化可以通过9-甲基-10-甲基四氟硼酸盐（M352388）进行，在含有硫醇的助催化剂存在下具有完全的反马氏规则选择性加成。通过使用硫酚与不饱和胺发生的分子内氢胺化反应，能够提供几种制备含氮杂环的途径[5]。此外，脂肪族烯烃、α-和β-取代的苯乙烯以及杂环胺的分子间氢胺化是通过二苯二硫来实现的[6]。

氢三氟甲基化

通过这种光氧化还原催化剂体系可以获得多种三氟甲基化产物，Langlois试剂（S464116）通过与9-甲基-10-甲基环丁四氟硼酸盐（M352388）和含硫醇的助催化剂（硫代水杨酸甲酯或硫酚）的反应，其中单电子氧化导致苯乙烯和未活化的脂肪族烯烃的氢三氟甲基化反应具有反马氏规则加成的选择性。Nicewicz及其同事曾提供了20余个此类反应的案例，它们的产率为在25%到74%之间[7]。

羟基乙酰氧基化

将9-甲基-10-甲基四氟硼酸盐（M352388）与苯亚磺酸钠或硫酚结合时，苯乙烯、烯酰胺和三取代脂肪族胺的反马氏规则选择性加氢乙酰氧基化可以与各类羧酸进行反应。被验证的17个反应的产率在29-99%之间[8]。

与无机酸的加成

使用这些光催化剂能够以完全的区域选择性实现强Brønsted酸对烯烃的反马氏加成。对于氢氯化，使用9-间二甲基-10-甲基吖啶鎓四氟硼酸盐（M352388）与硫酚生成加合物。加氢氟化、加氢磷酸化和加氢磺酰化可以各自通过使用9-甲基-2,7-二甲基-10-苯基环丁四氟硼酸盐（M486765）和氢原子供体4-硝基苯基二硫化物或4-甲氧基硫代苯酚来实现。同时，研究团队还发现了2,6-鲁替啶盐的包合物能通过亲核阳离子提供最佳的反应条件[9]。

酰胺的分子内加氢官能化

不饱和烯丙基酰胺和硫代酰胺的反马氏加成分子内环化分别提供了所得的2-恶唑啉和2-噻唑啉。这些转化利用到了光氧化还原催化剂体系，其中包含9-间二甲基-10-甲基吖啶鎓四氟硼酸盐（M352388）与二苯二硫化物的组合。通过对17个反应实例的测定，可以得到大约在59–82%的平均产率[10]。

加氢脱羧

羧酸和丙二酸的反马氏规则加氢脱羧是用9-甲基-10-苯基四氟硼酸环二铵（M486763）和二苯基二硫醚完成的。脱羧反应需要加入碱和极性醇溶剂三氟乙醇，以提供适合的反应条件，目前已有18个实例可以来证明伯、仲和叔羧酸的加氢脱羧反应是有效的[11]。

极性自由基交叉环加成法

在串联加成环化序列中，极性自由基交叉环加成通过光氧化还原催化剂体系的变体，能够从烯烃得到以下产物：g-丁内酯（具有α、β-不饱和羧酸）[12]、四氢呋喃（具有烯丙醇）[13]、内酰胺（具有不饱和酰胺）和吡咯烷（具有不饱和胺）[14]。

光致氧化

在Nicewicz的研究被报道之前，Griesbeck和Cho在O2的存在下通过使用9-甲基-10-甲基环丁高氯酸盐（M157877）作为II型和电子转移光氧化反应的可见光介导催化剂[15]。

参考文献

1. Fukuzumi S, Kotani H, Ohkubo K, Ogo S, Tkachenko NV, Lemmetyinen H. 2004. Electron-Transfer State of 9-Mesityl-10-methylacridinium Ion with a Much Longer Lifetime and Higher Energy Than That of the Natural Photosynthetic Reaction Center. J. Am. Chem. Soc.. 126(6):1600-1601. https://doi.org/10.1021/ja038656q

2. Nicewicz D, Hamilton D. Organic Photoredox Catalysis as a General Strategy for Anti-Markovnikov Alkene Hydrofunctionalization. Synlett. 25(09):1191-1196. https://doi.org/10.1055/s-0033-1340738

3. Romero NA, Nicewicz DA. 2014. Mechanistic Insight into the Photoredox Catalysis of Anti-Markovnikov Alkene Hydrofunctionalization Reactions. J. Am. Chem. Soc.. 136(49):17024-17035. https://doi.org/10.1021/ja506228u

4. Hamilton DS, Nicewicz DA. 2012. Direct Catalytic Anti-Markovnikov Hydroetherification of Alkenols. J. Am. Chem. Soc.. 134(45):18577-18580. https://doi.org/10.1021/ja309635w

5. Nguyen TM, Nicewicz DA. 2013. Anti-Markovnikov Hydroamination of Alkenes Catalyzed by an Organic Photoredox System. J. Am. Chem. Soc.. 135(26):9588-9591. https://doi.org/10.1021/ja4031616

6. Nguyen TM, Manohar N, Nicewicz DA. 2014. anti-Markovnikov Hydroamination of Alkenes Catalyzed by a Two-Component Organic Photoredox System: Direct Access to Phenethylamine Derivatives. Angew. Chem. Int. Ed.. 53(24):6198-6201. https://doi.org/10.1002/anie.201402443

7. Wilger DJ, Gesmundo NJ, Nicewicz DA. 2013. Catalytic hydrotrifluoromethylation of styrenes and unactivated aliphatic alkenes via an organic photoredox system. Chem. Sci.. 4(8):3160. https://doi.org/10.1039/c3sc51209f

8. Perkowski AJ, Nicewicz DA. 2013. Direct Catalytic Anti-Markovnikov Addition of Carboxylic Acids to Alkenes. J. Am. Chem. Soc.. 135(28):10334-10337. https://doi.org/10.1021/ja4057294

9. Wilger DJ, Grandjean JM, Lammert TR, Nicewicz DA. 2014. The direct anti-Markovnikov addition of mineral acids to styrenes. Nature Chem. 6(8):720-726. https://doi.org/10.1038/nchem.2000

10. Morse PD, Nicewicz DA. Divergent regioselectivity in photoredox-catalyzed hydrofunctionalization reactions of unsaturated amides and thioamides. Chem. Sci.. 6(1):270-274. https://doi.org/10.1039/c4sc02331e

11. Griffin JD, Zeller MA, Nicewicz DA. 2015. Hydrodecarboxylation of Carboxylic and Malonic Acid Derivatives via Organic Photoredox Catalysis: Substrate Scope and Mechanistic Insight. J. Am. Chem. Soc.. 137(35):11340-11348. https://doi.org/10.1021/jacs.5b07770

12. Zeller MA, Riener M, Nicewicz DA. 2014. Butyrolactone Synthesis via Polar Radical Crossover Cycloaddition Reactions: Diastereoselective Syntheses of Methylenolactocin and Protolichesterinic Acid. Org. Lett.. 16(18):4810-4813. https://doi.org/10.1021/ol5022993

13. Grandjean JM, Nicewicz DA. 2013. Synthesis of Highly Substituted Tetrahydrofurans by Catalytic Polar-Radical-Crossover Cycloadditions of Alkenes and Alkenols. Angew. Chem. Int. Ed.. 52(14):3967-3971. https://doi.org/10.1002/anie.201210111

14. Gesmundo NJ, Grandjean JM, Nicewicz DA. 2015. Amide and Amine Nucleophiles in Polar Radical Crossover Cycloadditions: Synthesis of ?-Lactams and Pyrrolidines. Org. Lett.. 17(5):1316-1319. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.5b00316

15. Griesbeck AG, Cho M. 2007. 9-Mesityl-10-methylacridinium:  An Efficient Type II and Electron-Transfer Photooxygenation Catalyst. Org. Lett.. 9(4):611-613. https://doi.org/10.1021/ol0628661

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