ACS Catalysis：浙工大苏为科/金灿教授团队在光催化惰性C(sp³)-H键去饱和化领域取得新进展
鉴于不饱和酮和酚骨架对于天然产物及药物分子的亲脂性、生物利用度和代谢稳定性有着至关重要的作用，该类结构的构造一直是有机与制药领域的研究热点。从原料可及性和原子经济性的角度考虑，直接对饱和酮进行脱氢去饱和化无疑是最为高效的策略。传统方法中，利用化学计量氢转移氧化剂和过渡金属催化活化羰基α-C(sp3)-H键实现脱氢去饱和化容易引发副反应。相比之下，直接活化惰性β-C(sp3)-H键具有更好的反应选择性。但是由于烷烃类C-H键的固有惰性，实现高键能的羰基β-C(sp3)-H键(BDE > 100 kcal/mol)的均裂需要越过较高的动力学势垒，这给此类反应的高效催化体系的开发带来了巨大的挑战。近年来，通过预官能团化引入活性基团降低活化动力学势垒的策略实现羰基β-C(sp3)-H键有效裂解的研究正在受到化学工作者的关注，其大致分为以下两种策略：(i)引入芳基、烯基或杂原子官能团实现惰性碳氢键键能的降低；(ii)以烯醇硅醚或β酮酯的形式将惰性的羰基β位反应位点转化为活性的烯丙位反应位点。除此之外，利用过渡金属作为Lewis酸与化学计量氧化剂（如TEMPO）相结合来诱导烯醇化也是激活β-C(sp3)-H键的有效方法。然而预官能团化的策略存在步骤繁琐、底物适用性较差且原子经济性不高等弊端，如何避免预官能团化并且克服羰基β-C(sp3)-H键断裂的高活化势垒直接实现酮的脱氢成了目前一个亟待解决的问题。
光钴协同催化实现酮的脱氢去饱和化
鉴于此，浙江工业大学药学院、绿色制药协同创新中心苏为科团队金灿教授课题组提出了十聚钨酸盐与廉价金属钴的双催化体系基于极性匹配机制直接活化惰性羰基β-C(sp3)-H键实现酮的脱氢去饱和化的新策略，并成功应用于环酮类化合物经多次连续脱氢实现芳构化。该项工作具有以下特点：（1）无需使用贵金属催化剂与昂贵的光催化剂，氢气作为反应唯一的副产物，具有较高的原子经济性；（2）具有广泛的底物适用性，并且能直接对包括甾体药物在内的天然产物和药物分子进行合成与结构修饰；（3）通过荧光淬灭、紫外吸收和氢气检测等实验，系统研究了光诱导十聚钨酸盐催化碳自由基的产生及后续氢原子消除的机制。上述工作提供了酮类化合物脱氢去饱和化的有效策略，拓展了光催化技术在有机合成及制药领域中的应用，为药物及其中间体的绿色制造工艺技术更迭提供了新的思路。
可能的反应机理
该成果以“Decatungstate/Cobalt Dual Catalyzed Dehydrogenation of Ketones Enabled by Polarity-Matched Site-Selective Activation”为题于2024年7月11日发表在American Chemical Society旗下的《ACS Catalysis》期刊上，浙江工业大学为第一单位和通讯单位，孙彬副研究员为论文第一作者，浙江工业大学金灿教授和浙江大学张治国教授为论文共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金（22078299，22108250）的支持。
