近日，南方科技大学化学系副教授舒伟课题组在可见光催化的惰性碳氢键的选择性官能团化领域取得新进展，相关成果以“Organophotocatalytic Regioselective C-H Alkylation of Electron-Rich Arenes Using Activated and Unactivated Alkenes”为题在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上在线发表。

烷基取代的芳烃在药物化学、材料化学和能源化学中占有重要地位。芳烃碳氢键的直接烷基化是合成烷基取代芳烃的最重要和最直接的反应之一。芳烃碳氢键直接烷基化的经典方法包括著名的Friedel-Crafts烷基化反应;定位基团导向的过渡金属催化的芳烃邻位碳氢键的烷基化反应;重氮化合物在过渡金属或者可见光催化条件下作为特定的烷基化试剂实现芳基碳氢键的直接烷基化等。上述反应由于自身特点，在反应条件、底物范围、官能团兼容性和选择性等方面的局限性非常明显。因此，发展在温和条件下更加普适的芳烃碳氢键的直接烷基化反应具有重要意义和很高的挑战性。

舒伟团队前期发展了从烯烃出发，通过一步高效构建C-N键实现制备脂肪伯胺的高效合成方法(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 9875-9880)。在此基础上，该团队发展了一种在室温和无金属条件下，利用烯烃作为烷基化试剂，一步实现芳烃碳氢键的选择性烷基化的高效方法。该方法使用简单易得的原料，无需进行预官能团化，具有100%的原子经济性(图 1)。

图1. 可见光催化芳烃选择性C-H烷基化的策略

在最优条件下，噻吩、呋喃、吡咯、吡啶以及苯等各种芳香族和杂芳香族化合物均可与烯烃进行区域选择性C-H烷基化反应。同时，末端和非末端苯乙烯，末端和非末端的烷基烯烃均可作为烷基化试剂，实现芳烃的选择性C-H烷基化(图 2)。

图2. 芳烃选择性C-H烷基化的部分底物范围

为了进一步探索该反应的机理，研究人员开展了控制实验、自由基淬灭、开环、关环实验以及Stern-Volmer Quench等机理实验，并根据实验结果提出了以下可能的反应机理(图3)。

图3. 反应机理

论文第一作者为南方科技大学19级硕士研究生陈碧红。舒伟副教授为论文唯一通讯作者，南科大是论文第一单位。以上研究工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广东省催化化学重点实验室、深圳市孔雀计划、深圳市科创委、南科大分析测试中心的资助和支持。南科大化学系何凤教授和周友运副教授在光化学和电化学测定方面给予了大力支持和帮助。