在現代有機合成中，如何通過簡潔高效的手段構建復雜的碳-碳鍵結構，特別是C(sp2)-C(sp3)鍵，一直是化學家們關注的焦點。傳統的偶聯反應雖然已經在工業和醫藥化學中取得了廣泛應用，但其操作流程往往需要多步預處理，限制了反應的效率與產物的多樣性。特別是涉及到碳(sp3)的偶聯反應時，由于所需底物的功能化程度較高，化學家們面臨著如何簡化合成路徑、提高反應選擇性的問題。
近年來，光氧化還原催化的引入為碳-碳鍵構建提供了全新思路，尤其是Ir/Ni雙金屬催化體系，通過結合光能與金屬催化，實現了許多之前無法實現的反應。（圖1C）然而，目前主要采用高能藍光驅動的反應體系存在著一定的局限性，例如反應底物的兼容性不廣泛，光敏感底物容易發生副反應等問題。因此，發展出在低能橙光下，能夠實現廣泛底物兼容性的雙催化體系，成為了一個具有挑戰性且極具潛力的研究方向。
圖片來源：JACS
本研究開發了一種能夠在低能橙光照射下，同時實現氧化和還原兩種模式的脫羧偶聯反應新方法。（圖1D）研究團隊通過引入新型的Ir(III)光催化劑，結合鎳催化體系，成功構建了一個適用于多種底物的脫羧偶聯平臺。在這個系統中，利用了羧酸及其衍生物如紅氧活性酯（RAEs）作為堿基，通過光催化過程生成烷基自由基，與芳基鹵化物發生偶聯反應。此方法不僅擴展了能夠偶聯的羧酸范圍，還對光敏感底物提供了較好的選擇性保護，尤其在含藥物樣片段的底物上展現了卓越的效果。實驗中，通過優化催化劑的種類、光源波長及反應條件，研究團隊在較低的溫度條件下實現了高效的C(sp2)-C(sp3)鍵生成。
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圖片來源：JACS
該研究首次實現了在相同反應條件下，氧化和還原模式都能進行的脫羧偶聯反應。這一突破性的成果極大地擴展了傳統藍光催化體系的局限，使得底物的選擇性更為廣泛，并能夠適應對光敏感的底物。此外，利用橙光的低能特性，反應在溫和條件下即可進行，降低了副反應的發生概率，提高了產物的化學選擇性與產率。更為重要的是，該方法為醫藥化學中C(sp2)-C(sp3)偶聯的應用提供了新的思路，特別是在藥物后期修飾和復雜結構合成中具有廣泛的應用潛力。通過減少底物的預處理步驟以及在一鍋法中實現反應，簡化了合成流程，為有機合成領域帶來了更加綠色、高效的解決方案。
總的來說，橙光驅動的Ir/Ni雙金屬光氧化還原催化體系不僅開辟了新的化學反應途徑，還為未來藥物研發與材料科學中的復雜分子合成提供了更加廣泛的工具箱。
標題：A Unified Method for Oxidative and Reductive Decarboxylative Arylation with Orange Light-Driven Ir/Ni Metallaphotoredox Catalysis
作者：Katherine A. Xie, Eva Bednarova, Candice L. Joe, Trevor C. Sherwood, Eric R. Welin, and Tomislav Rovis*
鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c08375
