近日，汕头大学化学化工学院（碳中和未来技术学院）钟建基副教授团队和中科院理化所吴骊珠院士团队在“钴催化马氏硫-烯反应”研究领域取得新进展。相关成果以“Thiyl-Radical-Trapped by Cobalt Catalysis: An Approach to Markovnikov Thiol-Ene Reaction”为题发表在有机化学知名期刊Organic Letters上。

成果简介

烯烃和硫醇（酚）的加成反应（Thiol–Ene Reaction）是将硫原子引入有机化合物框架最简单高效、最具有原子经济性的方法之一。通常，由于硫元素的高反应活性，易生成硫自由基，与烯烃反应会更加倾向于反马氏加成，因此，高选择性的实现硫-烯反应马氏加成具有一定的挑战。在之前的研究报道中，最常用的策略是使用当量的布朗斯特酸或者路易斯酸来活化烯烃，同时利用硫负离子的亲核性完成该转化。然而这些方法往往存在选择性差、反应条件苛刻等缺点，而且硫负离子与过渡金属之间的配位能力过强，容易使得金属催化剂中毒失活，由此导致反应催化体系仍然十分受限。本课题组近年来致力于解决烯烃马氏硫氢化反应中的相关化学问题，在前期的工作中，基于钴催化的策略，已经实现了邻氨基芳香烯烃和非活化烯烃的马氏硫氢化反应（Org. Lett., 2021, 23, 3604-3609；Org. Chem. Front., 2024, 11, 646-653）。因此，进一步利用钴催化体系开发更加广谱的活化烯烃的转化方法具有一定研究价值。

图1. 钴催化马氏硫-烯反应

钟建基、吴骊珠团队开发了一种新颖的钴催化马氏硫-烯反应研究方法，该方法通过Co-H物种控制反应的马氏选择性，利用硫自由基与烷基钴中间体的氧化加成以及随后的还原消除步骤，高效的实现硫醇（酚）对活化烯烃的马氏选择性加成，同时，该方法避免使用特殊的氧化剂，反应条件温和，为高效构建C-S键提供新途径。

研究发现，该反应对于活化烯烃具有很好的适用性，其中包括一系列富电子烯烃（1-取代端烯、1,1-取代端烯，1,2-二取代内烯等），贫电子烯烃（丙烯酸酯类、丙烯酰胺类、乙烯基砜等）以及天然产物和药物分子衍生烯烃均能进行该反应，并以较好的收率得到马氏选择性产物。

图2. 烯烃底物适用范围

同时，该反应适用于简单的硫醇/硫酚，当富电子基团（甲氧基、叔丁基、甲基等）和贫电子基团（三氟甲基、硝基、卤素等）分别处于硫酚芳环上的不同位置，都能得到较好的反应效果。对于带有杂环的芳基硫醇，如嘧啶硫醇，苯并噁唑硫醇和噻吩硫醇等能以中等偏好的产率得到理想产物。当利用邻氨基的苯乙烯为底物时，烷基硫醇也能实现该转化。

图3. 硫醇底物适用范围

本工作报道了一种钴催化的硫自由基参与的马氏硫-烯反应研究方法，该方法反应条件温和，具有独特的区域选择性和良好的底物普适性，实验证明硫自由基高度参与了反应的进行，该策略有望为其他自由基参与的钴催化马氏官能团化反应提供一种新思路。

本工作由21级硕士研究生张榕津同学和李相睿同学共同完成。本工作得到了国家自然科学基金、中国科学院光化学转换与功能材料重点实验室开放课题和化学与精细化工广东省实验室的资助。

终审：鲁福身    复审：倪昊    初审：钟建基