《Organics》：Photocatalytic C–C Bond Coupling Reactions Towards Organic Transformation—Recent Updates
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可持续且高效的碳–碳（C–C）键构建方法的发展仍是现代有机合成的主要目标。近年来，光催化（photocatalysis）已发展成为传统过渡金属催化方法的合适替代方案，其具有温和的反应条件、高官能团耐受性、优异的原子经济性，以及能够利用可见光作为清洁可再生能源的
可持续且高效的碳–碳（C–C）键构建方法的发展仍是现代有机合成的主要目标。近年来，光催化（photocatalysis）已发展成为传统过渡金属催化方法的合适替代方案，其具有温和的反应条件、高官能团耐受性、优异的原子经济性，以及能够利用可见光作为清洁可再生能源的优势。通过独特的自由基介导途径，光催化策略能够选择性活化传统上不活泼的底物，包括卤代芳烃、烷烃、醇、羧酸和胺类，从而为构建复杂分子结构提供高效路线。除有机合成之外，光催化在应用化学的更广泛领域也展现出显著潜力。本综述总结了2023年至2026年初报道的光催化C–C键偶联反应的主要进展，特别关注C(sp3)–C(sp3)、C(sp3)–C(sp2)和C(sp2)–C(sp2)成键反应。文中对代表性催化体系、底物范围、反应机理和合成应用进行了批判性讨论，包括双光氧化还原/过渡金属催化（dual photoredox/transition-metal catalysis）、无金属光催化（metal-free photocatalysis）、氢原子转移（HAT）、质子耦合电子转移（PCET）、自由基–自由基偶联、脱羧和脱胺官能化，以及对映选择性转化。最后，强调了当前挑战、新兴趋势和未来机遇，以开发更可持续、可规模化且高选择性的光催化C–C键构建方法，为从事合成化学和药物化学的研究人员提供全面资源。
2. C(sp3)–C(sp3)偶联反应
C(sp3)–C(sp3)单键构成许多有机化合物和生物活性化合物（如萜烯、二萜和生物碱）的核心。近年来已开发多种构建C–C单键的方案，但由于底物的惰性，仍面临诸多挑战和局限。光催化C–C键形成/偶联反应已被证明是利用惰性部分生成有用产物的有效手段。
在氮杂内酯的烷基化方面，Lu等人于2023年研究了光催化烷基化策略，将氮杂内酯与氧化还原活性酯通过自由基–自由基偶联反应，在[Ir(dFCF?ppy)?dtbbpy]PF?光催化剂和2×40 W LED（390 nm）光源下，得到α,α-二取代非天然氨基酸衍生物。该反应通过能量转移（EnT）机制实现高区域选择性（r.r. > 25:1），DFT研究表明在C-4位而非C-2位生成持久自由基物种，随后与烷基自由基有效偶联。
Xu等人于2023年报道了通过双镍/光氧化还原催化，在温和条件下合成β-氨基硼酸酯的策略。该方法使用NiI?（10 mol%）和四丁基十钨酸铵（TBADT，10 mol%）作为光催化剂，实现酰胺与α-溴硼酸酯的偶联。机理研究表明，激发态光催化剂生成酰胺自由基物种，该自由基首先被Ni(I)配合物捕获形成中间体，随后与另一烷基自由基氧化形成高价中间体，最终通过还原消除生成产物并再生催化剂。
Rasappan研究组报道了通过光催化氢原子转移（HAT）实现稳定环烷烃与烷基卤化物的直接交叉偶联。最佳条件为NiBr?·4,4′-二叔丁基-2,2′-联吡啶（dtbpy）催化剂（5 mol%）和TBADT光催化剂（10 mol%），在390 nm、100 W LED可见光照射下进行。该方法成功应用于活性药物成分（APIs）的合成，且光催化剂可循环使用五次。
Pemberton、Lopez和Ayitou于2024年报道了可回收的硫代衍生物作为一体化有机光辅助剂，兼具偶联伙伴和光催化剂功能。该系列硫代离子盐在蓝光至紫光照射下发生对称和不对称C–C偶联，生成二芳基/烷基乙烷，并成功合成了生物活性化合物Brittonin A和Honokiol衍生物。
MacMillan等人于2024年开发了通过交叉亲电偶联构建全碳季碳中心的策略，消除了β-氢消除途径。使用铁催化剂和Ir光催化剂，在450 nm蓝光下实现杂环叔芳基/烷基溴化物与各种伯烷基溴化物的偶联，机理研究表明通过S_N2型活化和仿生S_N2成键形成季碳中心。
Qu和Chen报道了α-CF?烷基溴化物与烯丙基或芳基羧酸的高化学选择性脱羧氟烷基化反应，由光氧化还原中性（既非氧化也非还原）金属催化，通过自由基–自由基交叉偶联进行。最佳条件为NiCl?–二甘醇二甲醚（10 mol%）和联吡啶配体（12 mol%），以CzIPN为光催化剂，10 W、450 nm蓝光LED为光源。该方法还扩展到α-酮酸底物，合成具有生物重要性的α-CF?酮类化合物。
Procter等人于2025年5月引入α-酰胺锍盐作为自由基前体，在无金属催化条件下通过α-酰胺基锍自由基交叉偶联合成官能化酰胺。使用10-苯基吩噻嗪（PTH）作为光催化剂，实现α-烯基化、α-烷基化和α-芳基化，得到多种酰胺产物。
Vile等人于2025年报道了使用镍催化剂和氮化碳纳米片作为光催化剂的羧酸与烷基卤化物脱羧交叉偶联。使用低成本的氮化碳纳米片替代传统铱基光催化剂，催化剂可回收，且对各种官能团具有高耐受性。机理研究和DFT计算表明，激发态氮化碳光催化剂将酸伙伴转化为活性自由基，Ni(I)还原为Ni(0)配合物，两个反应伙伴进行氧化加成形成中间体配合物，最终还原消除生成偶联产物。
Yang等人于2025年10月报道了镍/光氧化还原双催化下氧化还原活性酯与4-烷基二氢吡啶的自由基C(sp3)–C(sp3)脱羧和脱甲酰基交叉偶联。使用4DAIPN光催化剂（2 mol%）和Ni(acac)?（15 mol%），在450–455 nm蓝光LED室温照射下进行，合成了多种交叉偶联化合物。
Maruoka等人于2026年报道了双光氧化还原/镍催化的对映选择性C(sp3)–C(sp3)偶联，实现氧杂环与烷基硅基过氧化物的偶联。使用手性镍催化剂，通过烷基–烷基自由基交叉偶联获得高收率和高对映选择性（92% ee）的富对映体氧杂环化合物。
Gao研究组研究了Suzuki–Miyaura交叉偶联在具有挑战性的烷基溴化物底物上的应用，在镍基和Ir基光催化剂下实现烷基频哪醇硼酸酯（APEs）与烷基、芳基和炔丙基溴化物的C(sp3)–C(sp3)交叉偶联。该反应条件还应用于连续流和放大实验，用于生物活性分子及其关键中间体的合成。
He和Guan于2026年报道了N-芳基四氢异喹啉与未活化烷基卤化物的偶联反应，由3DPAFIPN催化的无金属光催化实现。机理研究表明通过卤素原子转移（XAT）反应，在氧化性光催化条件下经单电子转移（SET）生成α-氨基烷基自由基。
MacMillan研究组于2026年报道了苄胺与各种醇和羧酸通过金属光氧化还原自由基分选的脱胺交叉偶联。由Fe(OEP)Cl（5 mol%）催化，450 nm LED照射，涉及吡啶鎓盐的原位形成，合成了多种偶联化合物。
Chen等人于2026年发现了一种通过N-酰基硫代氨基甲酸酯对C(sp3)–H键进行光催化直接苄基化的方法，无需过渡金属催化剂、自由基稳定剂或外部氧化剂。该反应通过两种互补机理途径实现：通过光诱导电子转移（ConPET）过程的N-α-C(sp3)–H键苄基化，以及氢原子转移（HAT）循环。
3. C(sp3)–C(sp2)偶联反应
Olofsson等人于2023年开发了无过渡金属的立体特异性合成官能化烯烃和C-乙烯基糖苷的方法。4-烷基二氢吡啶（DHPs）与乙烯基苯并碘氧杂环戊酮（VBX/VBO）在4CzPN光催化剂和15 W蓝光LED照射下偶联，以中等收率和高E/Z非对映选择性（最高>20:1）得到所需烯烃。该工作还扩展到C-乙烯基糖基DHP的合成，使用Eosin-Y作为光催化剂。
Sherwood等人于2023年研究了叔羧酸与芳基卤化物的脱羧交叉偶联，通过双镍光氧化还原催化实现。最佳条件为Ni(TMHD)?（5 mol%）、BTMG、TBACl和4CzIPN（1 mol%），425 nm LED照射。各种无环叔酸、环状杂环酸和伯/仲氨基酸均被良好耐受。
Liu和Zhou于2024年初报道了苄基和醛基C–H键之间的光催化串联交叉偶联。该转化无金属，由4CzIPN（3 mol%）作为有机光催化剂和2-巯基乙酸酯（20 mol%）作为硫醇HAT催化剂，合成了多种α-芳基酮。
Lu研究组于2024年建立了对映选择性光诱导双镍催化体系，实现芳基溴化物或氯化物与1,4-二氢吡啶（DHP）的C(sp3)–C(sp2)交叉偶联。使用NiCl?·DME（10 mol%）、手性配体（20 mol%）和[Ir(dFCF?ppy)?(dtbbpy)]Cl（2 mol%），6 W蓝光LED照射，获得优异收率的C–C偶联产物。
Scheidt研究组于2024年报道了利用Oxa-Pictet–Spengler反应构建C(sp3)–C(sp2)键的方法。结合光氧化还原催化剂和Lewis酸共催化剂，通过化学选择性C–H活化从无环醚合成芳烃稠合四氢吡喃（THPs）。
Maji等人于2024年报道了未活化脂肪醇与酚类通过交叉亲电偶联的反应。两种起始原料用MsCl活化生成相应甲磺酸酯，在双镍/光氧化还原催化体系和可见光照射下获得偶联产物。
Xiong等人于2024年报道了协同镍/有机光氧化还原策略，实现醇与芳基氯化物的脱氧C(sp3)–C(sp2)交叉偶联。使用廉价的二芳基酮光催化剂，通过HAT/β-断裂途径生成烷基自由基。
Martín和Tortosa等人开发了可见光介导的光氧化还原催化C(sp3)–C(sp2)交叉偶联，通过双脱氰策略实现异腈与氰基吡啶的偶联，获得烷基取代吡啶。使用3DPA2FBN（5 mol%）作为有机光催化剂和N-金刚烷基氨基硅烷作为硅基自由基前体。
Fa?anás-Mastral等人于2024年9月报道了双镍/光氧化还原催化的（杂）芳基溴化物与气态烷烃的直接C(sp3)–C(sp2)交叉偶联，通过十钨酸盐介导的氢原子转移（HAT）活化实现。TBADT（3 mol%）作为HAT光催化剂，NiCl?(dtbbpy)（6 mol%），370 nm Kessil照射，实现了丙烷、正丁烷、乙烷、异丁烷甚至甲烷的直接芳基化。
Hu等人于2024年底开发了可见光光氧化还原策略，实现偕二氟烯烃与仲N-烷基苯胺的直接C–F/C–H交叉偶联，获得单氟烯基仲烯丙基胺。使用Ir(ppy)?(dtbbpy)PF?（2 mol%）作为光催化剂和奎宁环（50 mol%）作为氢原子转移介体。
Xue研究组于2025年初开发了无光催化剂金属光氧化还原C(sp2)–C(sp3)交叉偶联策略，使用单一联吡啶–镍[Ni(II)/dtbbpy]光催化剂，在UV照射（365–370 nm）下实现低反应性芳基溴化物和（杂）芳基氯化物的高效官能化。该方法容纳六种不同的C(sp3)自由基前体。
MacMillan研究组于2025年4月报道了双镍/光氧化还原催化的脱羰交叉偶联策略，将丰富的芳基羧酸和醇直接转化为有价值的C(sp3)–C(sp2)键。芳基酸用DPC/DMAP原位活化，醇转化为NHC加合物后进行可见光介导偶联。
Tao团队引入了光催化胺化Suzuki–Miyaura策略，通过氮烯插入构建C(sp2)–N–C(sp3)键。使用4CzIPN、Pd(OAc)?、配体和KOH的催化体系，实现苄基溴化物、胺化试剂和芳基硼酸的三组分偶联。
Liao等人于2025年9月报道了通过PCET/铜介导自由基交叉偶联Minisci型反应实现喹啉的C2选择性C–H双（三氟甲基）甲醇化。使用PC1、Cu(acac)?、PPh?和NBu?Br，喹啉衍生物与六氟丙酮三水合物反应，获得C2-双（三氟甲基）甲醇化喹啉。
Chen和Yang研究组于2025年底报道了光氧化还原驱动的苄醇与羰基化合物的脱氧交叉偶联，通过持久自由基效应（PRE）导向的自由基–自由基偶联直接构建空间位阻的仲醇和叔醇。
Rovis团队于2026年报道了光氧化还原催化的1,4-二氢吡啶（DHPs）脱胺C–N键活化，从伯苄胺制备。在4CzIPN（2.5 mol%）和DBU存在下，可见光介导C–N键断裂，随后对缺电子烯烃进行Giese加成，构建苄基季碳中心。
4. C(sp2)–C(sp2)偶联反应
You等人于2024年报道了使用双配位Au(I)配合物在可见光照射下通过配体到配体电荷转移（LLCT）实现C(sp2)–C(sp2)键偶联。该反应适用于多种底物，在低至0.1%的催化剂负载量下仍具有优异的化学和区域选择性。
Prakash等人开发了基于噌啉的双有机光催化体系，用于C(sp2)–C(sp2)碳的交叉偶联反应。该催化剂作为有效氧化还原催化剂，兼具氧化和还原交叉偶联功能，应用于光氧化唑化、还原芳基化、脱卤硼化和加氢脱卤反应。
Patel等人于2025年报道了芳基喹喔啉与肟酯在可见光照射下的脱羧自由基–自由基交叉偶联。通过能量转移途径实现芳基喹喔啉的C3官能化，机理研究表明C–C键形成在能量上优先于C–N键形成。
Mararka、Koeings等人最近展示了可见光催化杂化自由基交叉偶联合成杂芳烃的方法。
