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由于有机膦催化剂易被氧化为膦阳离子自由基，因此有机膦-光协同催化体系尚未得到大力发展。针对这一局限性，澳大利亚蒙纳士大学（Monash University）的David W. Lupton和墨尔本大学（University of Melbourne）的Anastasios Polyzos小组联合报道了一种利用传统亲核性有机膦催化剂与光催化剂协同催化炔酯的Giese偶联反应，相关成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.202303869）。亲核性有机催化剂与光催化过程相结合，已建立起独特的自由基反应体系，尽管许多有机催化剂已经应用于该类自由基反应中，但是有机膦的相关催化体系仍未得到有效开发。该体系的局限性在于有机膦很容易被氧化为膦阳离子自由基（图1A）。前期对膦阳离子自由基物种的研究表明，膦阳离子自由基会经历与亲核试剂偶联后再断裂来实现新化学键的构建。然而有机膦化合物作为Lewis碱直接进攻亲电试剂参与反应并与光催化组成协同催化的反应体系尚未实现。如果两种催化途径互不干扰并能实现优势互补，这将是一种新型的自由基偶联方式。为实现这一概念，澳大利亚蒙纳士大学的David W. Lupton和墨尔本大学的Anastasios Polyzos小组成功将光催化体系与亲核性有机膦催化体系相结合，实现贫电子炔烃的Giese反应。图1（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）首先作者选用三苯基膦作为有机膦催化剂，丙炔酸苄酯和烷基三氟硼酸钾盐6b作为反应底物，通过测定其氧化还原电位，确定季鏻盐3b较底物丙炔酸苄酯更易被还原，烷基三氟硼酸钾盐6b较三苯基膦更易被氧化。随后作者提出了对于机理的假设，首先丙炔酸酯受三苯基膦亲核进攻得到膦叶立德8b，随后质子解得到季鏻盐3b。光催化剂与季鏻盐发生单电子转移得到自由基中间体4b，随后与被光催化剂氧化得到的烷基自由基发生偶联得到中间体9b，最后发生消除反应完成催化剂循环并得到产物7b。作者随后考察了光催化剂和有机膦催化剂对于反应体系的影响，最终确认最优的光催化剂为PC1（4CzTPN），并且三苯基膦结构中苯环上的吸电子基团和给电子基团都会降低反应收率。图2（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）在得到最优的反应条件之后，作者对反应底物的普适性进行考察。作者首先考察了二级自由基前体的底物普适性。当R1苯环上带有给电子基团时，反应都可以顺利进行，以良好的收率得到目标产物。但当苯环邻位带有取代基时，反应收率有明显下降。此外，R2基团为烷基取代基、苯基取代基反应也都可以顺利进行。对于三级自由基前体，可以以良好的收率得到具有季碳中心的目标产物（7k）。但当使用一级自由基前体参与偶联反应时（7n），反应收率有明显下降，且需要使用更缺电子的三(4-氯苯基)膦作为催化剂，最终以13%的收率得到目标产物。此外该反应条件对于不同的丙炔酸酯（7l, 7m）、乙炔基酮（7o-7s）也可以适用。图3（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）为研究反应机理，作者进行了一系列机理研究试验。首先作者在标准条件下选用季鏻盐3b作为反应底物，无论体系中是否添加额外的三苯基膦，反应均可以顺利进行（图4A）。稳态发光淬灭实验也支持了作者提出的氧化淬灭循环机理（图4B）。随后作者通过TEMPO捕捉反应中间体，成功分离得到自由基淬灭产物10b。同时，分子内环化实验也进一步佐证了该反应的自由基反应机理（图4D）。图4（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）总结：作者开创性地使用有机膦催化剂与光催化体系相结合，实现了贫电子炔烃的Giese偶联反应，该反应具有良好的底物普适性和官能团耐受度。此外，作者通过详尽的机理实验，证明了光催化体系与亲核性有机膦催化剂可以实现协同催化，这也为后续开创此类新型协同催化体系提供了参考方向。参考文献：Jing Cao, Antonia Seitz, José A Forni, Anastasios Polyzos, David W Lupton. Radical Coupling Initiated by Organophosphine Addition to Ynoates. Angew. Chem. Int. Ed.. 2023, e202303869.
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