从芳基醛和基于砜的炔烃通过光化学合成Ynones

《The Journal of Organic Chemistry》：Photochemical Synthesis of Ynones from Aryl Aldehydes and Sulfone-Based Alkynes

光催化合成呋喃酮的新方法：以TBADT为催化剂，乙酰磺酸钠为离去基团，醛与炔烃在连续流反应器中高效偶联，醋酮作为共溶剂抑制副反应，产率达77%，可放大至克级，适用于工业生产。

　　在化学合成领域，随着对高效、可持续和可扩展反应方法的不断追求，光化学反应正变得越来越重要。光化学反应能够通过光能驱动化学键的形成与断裂，为复杂分子的构建提供了新的途径。近年来，研究人员开始关注如何通过光化学手段激活C–H键，特别是在工业应用中的潜力。这一研究趋势不仅推动了光化学反应的效率提升，也促进了对反应控制和选择性的深入理解。其中，光化学与连续流动反应技术的结合，被认为是解决传统批次反应中混合不均、传热效率低以及光子传递受限等问题的关键策略。

连续流动反应系统的优势在于其能够提供更高的光子通量，并通过精确的时空控制来优化反应条件。这不仅有助于提高反应的产率，还能有效减少副反应的发生，从而实现更高的化学选择性。光化学与连续流动技术的结合，使得研究人员能够在更短的时间内制备出高纯度的反应产物，同时也为大规模工业生产提供了可行的路径。此外，这种反应方式还具有良好的可重复性和可扩展性，能够满足现代化学工业对绿色化学和高效合成工艺的需求。

在这一背景下，本研究提出了一种新的光化学策略，用于从醛类化合物和带有离去基团的取代炔类化合物直接生成ynone（烯酮）。ynone因其电荷亲和性而成为一种重要的分子构建模块，广泛应用于多种功能化反应中，以生成有价值的反应产物。本研究选择使用TBADT（四丁基铵十钨酸盐）作为光催化剂，通过光化学反应在高产率和短反应时间内实现了多种ynone的合成。TBADT是一种常用的氢原子转移（HAT）催化剂，能够有效地从醛类化合物中生成酰基自由基，并通过光化学反应将其传递到取代炔类化合物上，从而形成ynone。

为了验证TBADT作为光催化剂的有效性，本研究首先对不同离去基团的取代炔类化合物进行了比较研究。这些取代炔类化合物包括带有苯基、对甲苯磺基（p-tosyl）或乙基磺基的化合物。研究发现，尽管过去的计算研究表明这些离去基团能够提供更好的自由基稳定性，但在实际反应中，带有苯基或对甲苯磺基的取代炔类化合物表现出较差的反应性能，而带有乙基磺基的化合物则显示出最佳的反应效果。这一现象可能与电子稳定性和空间位阻之间的平衡有关。进一步研究发现，更大的取代基如异丙基磺基和叔丁基磺基未能生成有效的产物，而带有磷酸酯基团的取代炔类化合物也未能成功，这表明在选择离去基团时，除了电子效应外，还需要考虑空间位阻和光吸收竞争等因素。

在确定了最佳离去基团后，本研究对反应条件进行了进一步优化，以提高反应的产率和选择性。优化过程中，研究人员使用了乙腈（MeCN）作为溶剂，并加入了醋酸（acetone）作为共溶剂。研究发现，醋酸能够有效抑制酰基自由基的双加成反应，从而减少副产物的生成。这种抑制作用可能是由于醋酸作为三重态敏化剂，能够改变光化学反应路径，进而减少不必要的副反应。通过使用MeCN和醋酸（1:1体积比）的混合溶剂，研究人员成功地在1 mmol的规模下获得了目标ynone产物（3a）的77%的分离产率，同时没有观察到任何副产物的形成。尽管加入醋酸会略微降低反应速率，但在实际应用中，这种调整被认为是有益的，因为它能够提供更清洁的反应混合物。

为了验证该方法的可扩展性，研究人员在更大的规模下进行了反应测试。使用7.5 mmol的限制性炔类化合物（5a），研究人员成功地制备了1 g的目标ynone产物（3a），产率为72%。这一结果表明，该方法在工业应用中具有良好的可扩展性，能够通过较小的反应器体积（如10 mL的反应器线圈）在较短的时间内（1小时）生成所需的产物。此外，该方法还能够在较短的反应时间内实现更高的空间时间产率（0.54 mmol L?1 h?1），这比传统的批次反应方法有了显著的提升。

在进一步探索该方法的底物范围时，研究人员发现该反应对不同类型的醛类化合物具有良好的兼容性。无论是电子富集还是电子贫乏的醛类化合物，都能够通过该方法成功生成目标ynone产物。然而，电子富集的芳香醛类化合物通常表现出更高的产率。例如，4-甲氧基苯甲醛（4-methoxybenzaldehyde）能够生成91%的产物，而4-三氟甲基取代的苯甲醛（4-trifluoromethyl-substituted benzaldehyde）则只能生成59%的产物。这表明，在选择底物时，电子效应和空间位阻等因素都需要被考虑。此外，研究人员还发现，卤素取代的醛类化合物（如氯和溴）也能被该方法有效利用，生成相应的ynone产物，进一步验证了该方法的化学选择性。

在探索不同的炔类化合物时，研究人员发现，带有苯基乙基磺基的炔类化合物在反应中表现出良好的性能，能够与不同类型的醛类化合物反应生成目标产物。此外，带有环丙烷结构的炔类化合物也能够被该方法有效利用，生成相应的ynone产物，而不会发生环丙烷环的分解。这表明，该方法对不同结构的炔类化合物具有良好的适应性。然而，某些特殊的炔类化合物，如带有TIPS保护基团的炔类化合物，则未能与醛类化合物反应生成目标产物，这可能与空间位阻有关，使得酰基自由基难以接近炔类化合物。

在进一步研究中，研究人员还发现，该方法能够与多种不同的反应条件兼容。例如，使用不同的溶剂系统，如乙腈和醋酸的混合溶剂，能够显著提高反应的产率和选择性。此外，该方法还能够与不同的光催化剂系统兼容，如使用TBADT作为主要催化剂，同时结合其他辅助催化剂，以进一步优化反应路径。这些研究结果表明，该方法不仅适用于简单的醛类化合物和炔类化合物，还能够扩展到更复杂的分子结构中，为工业合成提供了新的可能性。

本研究的成果表明，光化学反应与连续流动技术的结合，为ynone的高效合成提供了一种新的方法。这种方法不仅能够提高反应的产率和选择性，还能够通过调整反应条件实现更高的可扩展性。此外，该方法的绿色化学特性，使得其在工业应用中具有更大的潜力。通过使用TBADT作为光催化剂，并结合适当的溶剂系统和离去基团，研究人员成功地开发了一种高效、化学选择性强的ynone合成方法，能够满足现代化学工业对可持续性和高产率的需求。

综上所述，本研究通过光化学手段成功实现了从醛类化合物和带有离去基团的取代炔类化合物直接生成ynone的方法。这种方法不仅能够提高反应的效率和选择性，还能够通过调整反应条件实现更高的可扩展性。通过使用TBADT作为光催化剂，并结合适当的溶剂系统和离去基团，研究人员成功地开发了一种高效、化学选择性强的ynone合成方法，能够满足现代化学工业对可持续性和高产率的需求。此外，该方法还能够扩展到更复杂的分子结构中，为工业合成提供了新的可能性。通过这些研究，我们不仅加深了对光化学反应机制的理解，也为未来在工业应用中进一步优化和扩展该方法奠定了基础。