可见光引发的烷氧自由基反应研究文献综述

 2022-12-28 10:43:50

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

  1. 研究背景

1.可见光催化

光催化这一概念最早是在1967年东京大学藤岛昭发现的,对水中的氧化钛单晶进行光照,结果水被分解成了氧和氢,这一效应又被称为Honda-Fujishima Effect,时至今日涌现了大量关于二氧化钛的光催化性质的研究用于环境治理[1]。而在有机化学领域,光催化的出现也为有机化学家们提供了新型的强有力的工具去完成更为复杂的反应,其中可见光催化反应具有简单、易操作,条件温和,优秀的化学选择性以及良好的生物相容性的诸多优点,在现代有机化学以及生物学中都有着广阔的应用前景[2-6]

。最早报道可见光催化是2008Yoon课题组[7],MacMilan课题组[8]分别报道了以Ru(bpy)32 为光催化剂实现了[2 2]环加成反应以及醛alpha;位烷基化反应,在这之后可见光催化领域得到长足进步。

可见光催化按机理的不同可以分为氧化淬灭,还原淬灭,能量转移过程三类()。光催化剂在可见光照射后接收能量转变为激发态,激发态的金属络合物既可以接收还原剂的电子,转化为具有强还原能力的低电势状态,进一步被自由基前体夺取电子形成自由基,光催化剂回到基态,这样的过程被称为还原淬灭。如果激发态的光催化剂被氧化剂氧化失去电子转化为具有强氧化的高电势状态进而夺取自由基前体底物电子,引发自由基则被称为氧化淬灭,另外还可以与底物发生能量转移过程。

另外,过渡金属络合物光催化剂的种类繁多,但基本上有拥有着可见光吸收,稳定,激发态高效的还原性或氧化性等特点,在经典的Ru(bpy)3Cl2[9],fac-Ir(ppy)3[10],Ir(ppy)2(dtbbpy)PF6[11]

的基础上通过配体设计集团引入得到种类繁多,性能优异的光催化剂。

2.烷氧自由基

烷氧自由基是化学与生物学研究中重要的活性中间体[12],不仅可用于机理研究及化学转化过程,而且其本身的高反应性也是十分值得研究的,比如(1)1,n-氢迁移反应,随着碳氢键断裂,氧氢键形成,实现了氧自由基到碳自由基的转化与空间位置的迁移,并可以进一步与各种自由基受体构建C-C键等,拥有着广阔的应用。其中1,5氢迁移是主要反应,原因是生成了稳定的六元环椅式过渡态。[13](2)beta;-断裂反应 烷氧自由基的alpha;,beta;位C-C键发生均裂生成碳自由基与羰基化合物,二级三级烷氧自由基容易发生beta;断裂,且优先形成最为稳定的烷基自由基[14](3)双键加成反应,烷氧自由基可以进攻分子内的双键实现5/6exo环化反应,其中五元环的形成趋势更为明显。[15]

传统产生烷氧自由的方法有以下几种(1)烷基亚硝酸酯,在光照下均裂键能较弱的C-O键从而产生烷氧自由基。[16](2)硝酸酯,可以在Bu3SnH回流的情况下生成烷氧自由基进一步氢化成醇[17](3)烷基次氯酸盐,在光照下与取代烯烃,氯气作用能产生烷氧自由基[18](4)烷基次磺酸盐,前体与AIBN/Bu3SnH体系,氮气保护加热通过自由基链机理能产生烷氧自由基[19](5)N-烷氧-2-吡啶酮、N-烷氧-2-吡啶硫代酮,也能在AIBN/Bu3SnH体系下均裂NO-键生成烷氧自由基[20](6)N-烷氧邻苯二甲酰亚胺,AIBN/Bu3SnH体系下产生烷氧自由基在该前体较为稳定,也易从醇制备。[21](7)吡啶盐衍生物,其被证实可在光照下产生烷氧自由基。[22]

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