有机化学 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (9): 3441-3449.DOI: 10.6023/cjoc202501013 上一篇 下一篇
研究论文
祝辉a, 吴鹏a, 钟晨鸣a, 李舒铭a, 林钢a, 刘雪粉b, 罗书平a,*(
)
收稿日期:2025-01-15
修回日期:2025-04-11
发布日期:2025-05-15
基金资助:
Hui Zhua, Peng Wua, Chenming Zhonga, Shuming Lia, Gang Lina, Xuefen Liub, Shuping Luoa,*(
)
Received:2025-01-15
Revised:2025-04-11
Published:2025-05-15
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设计合成了一系列以二酰基四氟苯为电子受体中心, 两侧连接多取代芳基为电子供体基团的供体-受体-供体(D-A-D)型芳香酮光敏剂(PC3~PC8), 并成功应用于甲基芳烃与芳基溴化物的C(sp3)—H偶联反应的光催化体系. 研究结果表明, 以间位二酰基四氟苯为电子受体中心, 以均三甲苯为供体基团的PC8表现出优异光催化性能, 其活性相比传统二苯甲酮提升460倍. 更值得注意的是, 成功活化了固态甲基芳烃类底物, 突破了甲基芳烃作反应溶剂的关键限制, 显著拓展了底物适用性范围. 理论计算表明, 光敏剂PC8的D-A-D结构能有效分离最高占据分子轨道(HOMO)与最低未占据分子轨道(LUMO)的电子云分布, 从而降低单重态-三重态能隙(ΔES-T), PC8的ΔES-T值(1.48 eV)明显低于二苯甲酮(1.84 eV), 有利于系间窜越(ISC)过程. 吸收光谱表明PC8在310 nm有特征吸收峰, 稳态荧光分析进一步证实, PC8的荧光量子效率为二苯甲酮的5倍, 上述光谱表征结果表明, PC8具有较好的光物理性能, 有效地促进了光催化循环的量子效率提升.
祝辉, 吴鹏, 钟晨鸣, 李舒铭, 林钢, 刘雪粉, 罗书平. 供体-受体-供体(D-A-D)型芳香酮设计合成与光催化C(sp3)—H偶联反应性能研究[J]. 有机化学, 2025, 45(9): 3441-3449.
Hui Zhu, Peng Wu, Chenming Zhong, Shuming Li, Gang Lin, Xuefen Liu, Shuping Luo. Design and Synthesis of Donor-Acceptor-Donor (D-A-D) Type Aromatic Ketones for Photocatalytic C(sp3)—H Coupling Reactions[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, 2025, 45(9): 3441-3449.
| Entry | Photocatalyst (mol%) | Solvent | Base | Time/h | Yieldb/% | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | PC1 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 30 | |
| 2c | — | Toluene | NaHCO3 | 18 | None | |
| 3 | PC2 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 92 | |
| 4 | PC3 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 93 | |
| 5 | PC4 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 33 | |
| 6 | PC5 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 79 | |
| 7 | PC6 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 57 | |
| 8 | PC7 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 79 | |
| 9 | PC8 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 99 | |
| 10 | PC8 (5) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 99 | |
| 11d | PC8 (5) | Toluene | NaHCO3 | 18 | None | |
| 12e | PC8 (5) | Toluene | NaHCO3 | 18 | None | |
| 13f | PC8 (5) | Toluene | NaHCO3 | 18 | None | |
| 14 | PC8 (5) | Toluene | NaHCO3 | 10 | 99 | |
| 15 | PC8 (5) | Toluene | K2HPO4 | 10 | 84 | |
| 16 | PC8 (5) | Toluene | CH3COONa | 10 | 23 | |
| 17 | PC8 (5) | Toluene | K2CO3 | 10 | 33 | |
| 18 | PC8 (5) | Toluene | Na2CO3 | 10 | 56 | |
| 19 | PC8 (5) | Toluene | NaHCO3 | 0.5 | 96 | |
| 20 | PC8 (5) | DMSO (0.1 mol/L) | NaHCO3 | 18 | None | |
| 21 | PC8 (5) | Hexane (0.1 mol/L) | NaHCO3 | 18 | Trace | |
| 22 | PC8 (5) | EtOAc (0.1 mol/L) | NaHCO3 | 18 | 7 | |
| 23 | PC8 (5) | MeCN (0.1 mol/L) | NaHCO3 | 18 | 32 | |
| 24 | PC8 (5) | MeCN (0.2 mol/L) | NaHCO3 | 18 | 55 | |
| 25 | PC8 (5) | MeCN (0.4 mol/L) | NaHCO3 | 18 | 99 | |
| 26 | PC8 (5) | MeCN (0.4 mol/L) | NaHCO3 | 0.5 | 87 | |
| Entry | Photocatalyst (mol%) | Solvent | Base | Time/h | Yieldb/% | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | PC1 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 30 | |
| 2c | — | Toluene | NaHCO3 | 18 | None | |
| 3 | PC2 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 92 | |
| 4 | PC3 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 93 | |
| 5 | PC4 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 33 | |
| 6 | PC5 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 79 | |
| 7 | PC6 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 57 | |
| 8 | PC7 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 79 | |
| 9 | PC8 (20) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 99 | |
| 10 | PC8 (5) | Toluene | NaHCO3 | 18 | 99 | |
| 11d | PC8 (5) | Toluene | NaHCO3 | 18 | None | |
| 12e | PC8 (5) | Toluene | NaHCO3 | 18 | None | |
| 13f | PC8 (5) | Toluene | NaHCO3 | 18 | None | |
| 14 | PC8 (5) | Toluene | NaHCO3 | 10 | 99 | |
| 15 | PC8 (5) | Toluene | K2HPO4 | 10 | 84 | |
| 16 | PC8 (5) | Toluene | CH3COONa | 10 | 23 | |
| 17 | PC8 (5) | Toluene | K2CO3 | 10 | 33 | |
| 18 | PC8 (5) | Toluene | Na2CO3 | 10 | 56 | |
| 19 | PC8 (5) | Toluene | NaHCO3 | 0.5 | 96 | |
| 20 | PC8 (5) | DMSO (0.1 mol/L) | NaHCO3 | 18 | None | |
| 21 | PC8 (5) | Hexane (0.1 mol/L) | NaHCO3 | 18 | Trace | |
| 22 | PC8 (5) | EtOAc (0.1 mol/L) | NaHCO3 | 18 | 7 | |
| 23 | PC8 (5) | MeCN (0.1 mol/L) | NaHCO3 | 18 | 32 | |
| 24 | PC8 (5) | MeCN (0.2 mol/L) | NaHCO3 | 18 | 55 | |
| 25 | PC8 (5) | MeCN (0.4 mol/L) | NaHCO3 | 18 | 99 | |
| 26 | PC8 (5) | MeCN (0.4 mol/L) | NaHCO3 | 0.5 | 87 | |
| Entry | PC | ELUMO/eV | EHOMO/eV | ΔE/eV | ΔES-T/eV |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | PC1 | -2.08 | -6.86 | 4.78 | 1.84 |
| 2 | PC2 | -2.76 | -7.76 | 5.00 | 2.06 |
| 3 | PC3 | -2.64 | -7.57 | 4.94 | 2.00 |
| 4 | PC8 | -2.50 | -6.92 | 4.42 | 1.48 |
| Entry | PC | ELUMO/eV | EHOMO/eV | ΔE/eV | ΔES-T/eV |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | PC1 | -2.08 | -6.86 | 4.78 | 1.84 |
| 2 | PC2 | -2.76 | -7.76 | 5.00 | 2.06 |
| 3 | PC3 | -2.64 | -7.57 | 4.94 | 2.00 |
| 4 | PC8 | -2.50 | -6.92 | 4.42 | 1.48 |
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