可见光驱动下的C–N键形成/芳构化串联反应：一种温和、高效的N-芳基吲哚光催化合成新

搁浅

可见光驱动下的C–N键形成/芳构化串联反应：一种温和、高效的N-芳基吲哚光催化合成新（10.1002/anie.201205137）

Digital Object Identifier (DOI)

吲哚结构广泛存在于天然产物、药物分子及功能材料中，其合成方法一直是研究热点。传统策略往往需要高温、当量氧化剂或贵金属，而阿肯色大学Nan Zheng课题组在《Angew. Chem. Int. Ed.》报道的全新光催化路线，为这一经典骨架的构筑提供了“光+空气”即可完成的绿色方案。
一、灵感来源：把氮自由基阳离子“拴”在烯烃上
作者前期发现，可见光激发[Ru(bpz)₃]²⁺可直接将芳胺单电子氧化为氮自由基阳离子，后者通常走三条路：脱质子生成α-氨基自由基、释放H·形成亚胺离子，或远程开环。他们设想：如果让氮自由基阳离子“看见”分子内烯烃，能否发生亲电加成，进而触发环化-芳构化？这一设想成为本文的化学逻辑起点。
二、条件优化：硅胶成“隐形助剂”
以邻苯乙烯基二芳胺5a为模型底物，4 mol % Ru(bpz)₃₂、18 W白光LED、敞口乙腈、室温即可反应。关键突破是加入硅胶：反应时间从24 h缩短至5 h，产率由31 %跃升至88 %；无催化剂、无光照或无氧气时几乎不反应，证明三要素缺一不可。对照实验还揭示：对甲氧基苯基（PMP）是底物必需基团，其富电子效应显著降低胺的氧化电位，使光氧化在热力学上可行。
三、底物范围：一个方法，万种吲哚
在最佳条件下，作者通过Buchwald–Hartwig偶联预先制备的20余种邻苯乙烯基芳胺均顺利转化：
芳环A位可兼容给电子的甲基、甲氧基，也可容忍吸电子的氟、三氟甲基；
烯烃部分可以是单取代、二取代或三取代，产物对应2-、3-或2,3-双取代吲哚；
环状烯烃直接给出并环吲哚，克级放大产率不减；
环丙基、呋喃、共轭二烯等敏感基团均能存活，彰显条件温和性。
四、1,2-碳迁移：让“副反应”变“正反应”
当C-2位无质子可供消除时，作者预期将发生1,2-碳迁移。实验证实：偕二苯基底物13a在标准条件下给出2,3-二苯基吲哚15a，产率60 %；芳基>烷基>甲基的迁移顺序与碳正离子稳定性高度吻合。更令人惊喜的是，环戊烷并烯烃发生扩环，直接生成六元并环体系，为构建高密度稠环提供了新思路。
五、机理拼图：四步光氧化循环
作者提出如下催化循环：
① [Ru(bpz)₃]²⁺* → 氧化胺7为氮自由基阳离子8；
② 8亲电加成到侧链烯烃，形成苄基自由基9；
③ 9被[Ru(bpz)₃]³⁺或O₂单电子氧化为苄基碳正离子11；
④ 去质子芳构化得吲哚12。
循环中[Ru(bpz)₃]²⁺得以再生，实现光催化剂周转。自由基捕获、TEMPO抑制、单线态氧排除等实验均支持该路径。硅胶则可能通过质子耦合电子转移（PCET）或富集O₂加速关键氧化步骤。
六、意义与展望
首次实现“芳胺-烯烃”可见光直接C–N键环化，拓展了氮自由基阳离子的反应模式；
室温、空气、低催化剂载量，符合绿色合成需求；
模块化底物+迁移化学，可快速构筑2,3-双取代、并环、扩环等复杂吲哚库，为药物化学和材料科学提供新工具。
下一步，作者将深入探究对甲氧基苯基与硅胶的协同机制，并将该策略延伸至非芳基胺及更大环体系，持续推动光催化在杂环合成中的边界。可见光与空气的“联袂演出”，正让经典吲哚化学焕发出绿色、高效的新生命力。