不对称烯丙基取代反应是一类重要的有机反应，其能够高效构建具有高对映选择性的碳-碳和碳-杂原子键。在过渡金属催化的体系中，钯、铱、铜等金属已广泛用于该类反应，然而，铑催化的不对称烯丙基取代反应（AAS）相对较少，且几乎所有报道的铑催化 AAS 反应都是通过双电子烯丙基化途径进行的。（图1a）铑催化剂具有优良的底物兼容性和化学选择性，是一种具有潜力的催化剂。在此背景下，近年来研究者们逐渐关注铑催化的不对称烯丙基取代反应。例如，Hayashi、Evans等人进行了一系列开创性的研究，展示了铑催化剂在实现高对映选择性方面的独特优势。此外，光化学作为一项迅速发展的技术，为传统的过渡金属催化反应引入了新活性模式，特别是在单电子转移机制中的应用。（图1b）然而，将活性自由基引入铑催化体系中仍是一项具有挑战性的课题。结合光化学的单电子转移能力与铑催化的不对称性，作者设想通过光生自由基与铑催化剂的协同作用，探索新的反应模式和底物适应性，从而拓宽烯丙基取代反应的应用范围。
图片来源：ACS Catalysis
本研究开发了一种双光催化/铑催化的不对称烯丙基取代反应，利用光生成的烷基自由基作为反应活性种。（图1c）这种方法不仅可以拓展传统铑催化反应的反应模式，还能提供一种在温和条件下实现高效产物合成的策略。研究中，作者选择了4-烷基-1,4-二氢吡啶作为自由基前体，并采用4CzIPN作为光敏剂，在427nmLED光照下，通过光催化还原π-烯丙基铑(III)络合物生成π-烯丙基铑(II)络合物。随后，烷基自由基与生成的铑(II)络合物结合，进行还原性消除，最终得到目标烯丙基取代产物。通过系统的反应条件优化，作者确定了最佳反应条件，并对一系列二氢吡啶和烯丙基乙酸酯底物进行了考察。结果表明，研究所开发的催化体系在多种底物中表现出良好的反应活性和选择性，能够在48-80%的收率下获得80-98%的对映选择性。
图片来源：ACS Catalysis
本研究开创性地将光化学引入铑催化的不对称烯丙基取代反应中，展示了光生自由基与铑催化体系结合的巨大潜力。这一方法通过引入光生自由基，拓宽了铑催化反应的反应模式，提供了一种在温和条件下实现高效烯丙基取代的策略。该方法不仅丰富了铑催化反应的底物适应性，还为有机合成中的对映选择性控制提供了新途径。通过进一步的底物扩展和反应条件优化，这一策略有望在药物合成、天然产物合成等领域中得到广泛应用。此外，本研究的成功实施也为其他过渡金属催化的不对称反应提供了新的思路和方法，推动了不对称催化领域的发展。未来的研究将致力于探索更多类型的自由基前体，以进一步拓宽此类反应的应用范围，并提高其在工业生产中的实用性。
标题：Rh-Catalyzed Asymmetric Allylic Substitution with Photo-Generated Alkyl Radical Species
作者：Rui-Xiang Wang, Pusu Yang, Yuan-Zheng Cheng*, and Shu-Li You*
链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c03683
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