在有机合成中，如何在一条碳碳双键上同时、精准地引入两个不同的官能团，是构筑复杂分子的核心挑战之一。三组分反应因具备“模块化拼接”的特点，能够在一步中整合不同反应模块，是快速扩展分子多样性的有效策略。然而，这类体系通常涉及多种活性中间体，自由基路径容易失控，因此选择性成为主要瓶颈。也正因此，烯烃的 1,2-双官能化长期被视为检验催化体系性能的重要反应，对催化剂的温和性、普适性以及自由基调控能力均提出更高要求。近年来，新兴的自由基调控策略为该领域的发展带来了新的突破可能。

 

一、研究背景

 

在烯烃的三组分 1,2-功能化反应中，“精准控制自由基路线”一直是难点。
特别是 非活化烯烃 的 1,2-氯烷基化（carbochlorination）：

• 传统 ATRA（原子转移自由基加成）容易走链式路径
• 氯源亲核性弱，难以参与选择性 C–Cl 键形成
• 想要“三组分、模组化、通用性强”的体系更是难上加难

近期快速发展的 Radical Ligand Transfer（RLT，自由基配体转移） 为自由基选择性转化提供了新解法。受到非血红素铁酶“radical rebound”的启发，作者团队发展出可见光 + Co 双催化体系，可对自由基实现精准的“金属控制”。

 

二、 工作亮点

 

一个通用、温和、适配性极广的 Co-RLT 体系

本文报道：

可见光 + CoCl₂ 双催化体系
以 LiCl 为氯源、各类溴代化合物为自由基前体，实现了非活化烯烃的三组分氯烷基化。

核心优势包括：

✔ 模组化：多类自由基前体皆适用

• 一碳（CH₂NO₂）
• 二氟、三氟酰基自由基
• 单氟烷基、自由基 CF₃
• 碳酰基自由基
• 甚至工业品 bronopol 的改造也可用

✔ 条件温和、红氧中性

• 室温、蓝光 LED
• 无需额外配体
• CoCl₂即可完成 RLT

✔ 对官能团耐受性极高

未保护醇、腈、酯、磺酸酯、苯胺、糖类衍生物等均能兼容。

✔ 选择性高

Co-RLT 完全压制传统 ATRA 副反应，定向生成 C–C + C–Cl 双功能化产物。

 

三、反应优化总结

最佳条件：

• CoCl₂10 mol%
• Ir(ppy)₃1 mol%
• LiCl（3 eq）为 Cl⁻来源
• Ag₂CO₃（关键添加剂）
• 溶剂：MeCN，蓝光氛围，8 h

其中：

⭐ LiCl 比 NaCl/KCl/其他氯源效果明显更好

明显提升产率。

⭐ Ag₂CO₃ 的“二重角色”十分关键

DFT + 实验共同揭示其作用：

1. 捕获 Br⁻，避免 Br⁻参与 ATRA 生成副产物
2. 协助 Co(II) → Co(III) 的氧化，使 RLT 更易发生

 

四、底物范围

 

1）常规非活化烯烃

直链、带官能团（N₃、Br、酯、酚）、复杂分子（糖类）均可顺利氯烷基化。

2）碳中心带多类功能团的溴代物

包括：

• nitro
• gem-difluoro
• monofluoro
• trifluoroacyl
• phenacyl
• CF₃转移体系（由 TFAA + pyridine N-oxide 原位生成）

3）对电子性质几乎不敏感

极性中性烯烃 → 电子缺陷烯烃（如 vinyl sulfonyl）均能成功转化。

 

五、机制研究

 

Co-RLT 如何压制 ATRA？

作者通过对照实验 + TEMPO 捕获 + radical clock + DFT 给出完整机制：

🟦 1）光催化生成自由基

Ir(ppy)₃* 还原溴代物 → ·R + Br⁻
Br⁻ 被 Ag₂CO₃ → AgBr 捕获

🟦 2）自由基加成烯烃生成“γ-位亲核自由基”

🟦 3）关键步骤：Co(III)-Cl 与自由基发生 RLT

 

DFT 结果：

路径	能垒	结论
RLT	无明显能垒，ΔG = –26 kcal/mol	极易发生
ATRA（与 Br-参与）	17.9 kcal/mol	难以发生

🟦 4）Ag₂CO₃ 使 Co(II) → Co(III) 更容易

协助形成 Co(III)-Cl，是 RLT 的关键。

最终成功实现 RLT > ATRA 的选择性翻转。

六、总结与展望

 

本文构建了一个：无需配体、温和、通用、模组化的 Co-RLT 光催化平台

特点包括：

• 高效三组分氯烷基化
• 兼容多类型自由基前体
• 对非活化烯烃选择性优异
• 条件红氧中性
• 机理上首次揭示 Ag₂CO₃的双重关键作用

该策略为：

• 氯代结构构建
• 含氟药物骨架模块化合成
• 复杂分子的后期修饰

提供了极具潜力的新方法。

未来作者将继续在“三组分自由基功能化”中扩展更多反应模式，具有重要的应用前景。

 

文案&审核：小C

文章链接:https://doi.org/10.1021/jacsau.5c01211