1.設計了一鍋光催化反應，通過Giese加成和Norrish II反應兩步光化學反應，實現模塊化合成烯烴；3.設計了分別使用可見光、紫外光的兩步光催化策略。烯烴是有機轉化領域的重要結構，雖然烯烴化反應的廣泛發展，但是如何直接將羧酸、醇、烷烴轉化為烯烴仍然是個非常大的挑戰。有鑒于此，天津大學國際校區/新加坡國立大學吳杰教授、趙宇教授、馬軍安教授等報道光化學策略，通過連續的的形成、切斷C(sp3)-C(sp3)化學鍵，一鍋反應將這些基礎性的反應物構筑結構復雜的烯烴，這種方法使用容易獲得的芳基烯酮作為烯烴化試劑。反應不僅能夠從價格便宜和豐富的烯烴合成高附加值的烯烴，而且能夠對功能型分子進行后期官能團化，對羧酸進行線性同系物化，簡便的合成生物活性化合物。而且，從羧酸、醇、烷烴幾種反應物出發，是傳統的烯烴反應方法的互補，是具有價值的烯烴合成方法。 首先，研究合適進行脫羰烯烴化反應的烯酮化合物，主要從Giese加成和Norrish切斷C-C化學鍵的角度。在測試了許多烯基酮反應物的反應性之后，發現苯烯酮能夠作為高效的烯烴化試劑，能夠以75%的產率生成目標產物1。其他含有缺電子或者供電子基團的烷基/芳基烯基酮反應物只能得到比較低的產率。當使用α-苯基的烯酮，能夠生成多種多樣的產物，通過Norrish II重排反應、Norrish-Yang成環、Norrish I/Giese加成反應，生成包括1、環丁醇、二酮等產物。這種豐富的產物種類說明，Norrish光化學反應的雙自由基構象產生的重要影響。對光催化劑、堿、溶劑等反應參數進行優化，將1的收率提高至82%。通過使用甲苯和DMA為2:1的混合溶劑，其中的DMA極性溶劑能夠避免雙自由基中間體的HAT，因此能夠改善烯烴1的產率。控制實驗說明，光催化劑、光源、堿對脫羰烯烴化反應的重要作用。
圖2. 羧酸兼容性
羧酸兼容性。這種方法能夠對一級羧酸和二級羧酸兼容，芳環含有缺電子和供電子取代基的一級苯甲酸能夠以較好的產率生成各種苯乙烯衍生物（2-14）。該反應兼容含有官能團的線性羧酸，官能團包括芳烴（15, 19, 20, 23）、芳基/烷基溴（16和21）、硼酸酯（17）、吡啶（18）、氮雜環丁烷（22）、金剛烷（22）。反應兼容哌啶（1，25-27）、吡咯烷（28）、氮雜環丁烷（29）、四氫萘（30）、環己烷（31）等官能團的二級羧酸。但是，該反應不兼容含有擴展π體系的羧酸，比如甲氧萘丙酸。 含羧酸的天然產物和藥物兼容性。該反應能夠兼容一系列氨基酸，包括保護基修飾的L-α-氨基己二酸、Boc-Glu-OMe、(S)-Boc-β-Phe-OH、Boc-I-β-脯氨酸（37-40）。瑞格列奈前體（41）、雙氯芬酸鈉（42）和匹卡米隆（picamilon）（43）能夠生成適中的產率。該反應恩公偶將脂肪酸轉化為線性α-烯烴（LAOs），這種化合物具有廣泛的應用前景，包括醇類洗滌劑、潤滑劑、增塑劑、精細化學品、油田化學品和聚合物。通過硬脂酸（44）、油酸（45）、阿來酸（46）、9-十一碳烯酸（47）、亞麻酸（48）、亞油酸（49）、花生四烯酸（50）和10,12-三碳二烯酸（51）能夠以適中或者優異的產率生成相對應的烯烴衍生物。反應對于含有立體位阻的反應物兼容，包括復雜多環結構（52-55）。莫匹羅星（mupirocin）能夠轉化為響應的烯烴（56）。此外，AD-17-羧酸、布洛芬和二氫青蒿素的二級羧酸能夠烯烴化（57-59）。苯基乙烯酮的兼容性。(E)-1-苯基丁-2-烯-1-酮能夠以高收率生成甲基化的內烯烴（60），但是該反應方法無法生成立體位阻效應更高的異丙基或者叔丁基取代基的內烯烴。反應能夠生成含有酯基取代的內烯烴，比如含有4-氯苯取代基的反應物得到更好的反應效率（61-63）。該反應能夠對含有醇的天然產物以及藥物化合物進行后期官能團轉化，包括薄荷醇（64）、香桃木烯（myrtenol，65）、β-d-呋喃核糖苷（66）、睪酮（67）、丙羥茶堿（proxyphylline，68）。烷烴和醇的兼容。通過光催化C-C化學鍵的形成-切斷策略，使得該反應能夠兼容結構簡單烷烴和有機醇。通過HAT 光催化生成自由基（TBADT光催化劑，390/370nm LED），能夠進行C(sp3)-H烯烴化（69-76），能夠合成含有芳基官能團的內烯烴（77-80）。當使用短波長的高能量光（335nm）促進切斷C-C化學鍵，并且使用EtOH作為共溶劑，能夠作為抵抗反向HAT反應的淬滅劑。此外，通過NHC催化脫氧共軛烷基化反應與Norrish II反應結合，實現了脫氧烯烴化（81-84）。能夠對復雜天然產物以及糖進行后期的烯烴化，包括膽固醇（85）、薯蕷皂苷元（86）、豆甾醇（87）和呋喃葡萄糖（88）。 一鍋法克級量從石膽酸合成107，而且能夠回收苯乙酮，回收的苯乙酮能夠與甲醛反應重新用于原料。通過脫羧烯烴化和CO2羧酸化反應結合，發展了脂肪酸同系化。使用β-氨基酸能夠高效率的制備γ-氨基酸109。石膽酸能夠通過該反應進行增加一個碳，以40.3%的收率生成110，在之前的合成方法中，該化合物的合成需要6步，產率僅為12.7%。這個反應方法能夠方便高效率的實現羧酸的同系化，而且避免使用危險性的重氮甲烷（Arndt–Eistert方法）。合成的環狀烯烴（1, 25, 28）通過一步或者兩步轉化，能夠合成藥物活性化合物（111-115）。利用烯烴的這種多方面合成的能力，以及光催化脫羧烯烴化反應，能夠實現具有價值的生物活性化合物的合成。比如合成含有CF2結構的類固醇衍生物117（現有報道合成過程需要9個步驟），作者通過發展的這種合成方法，僅僅3個步驟中實現了117的合成。類似的通過脫羧烯烴化反應合成了蒙脫石酸B（119），并且能夠直接合成118，因為通過目前的方法合成該化合物需要6步。Zeng, H., Yin, R., Zhao, Y. et al. Modular alkene synthesis from carboxylic acids, alcohols and alkanes via integrated photocatalysis. Nat. Chem. (2024).DOI: 10.1038/s41557-024-01642-6https://www.nature.com/articles/s41557-024-01642-6
