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碳-硫鍵廣泛存在於自然界中，並且由於硫原子的獨特性質，因此引入硫原子已經成為開發藥物分子和功能材料的重要策略之一。四芳基烯烴化合物表現出聚集誘導發光 (Aggregation-Induced Emission, AIE) 特性，具有該特性的分子已經廣泛的用於有機發光二極體、生物成像、化學感測和輔助醫學治療領域，因此具有巨大的應用潛力，在四取代烯烴上引入硫原子是開發這類材料的有效途徑。但是受實驗條件和底物範圍的限制，立體選擇性的含硫多取代烯烴的獲得仍然是較困難的。劉路教授團隊長期致力於卡賓轉移反應的研究（圖1），已經實現卡賓參與的苯酚、萘酚、甲苯的高位點選擇性碳氫鍵活化反應 (Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 506; J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 6904; Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 14807; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 2749; Chem. Sci., 2016, 7, 1988; Chem. Sci., 2019, 10, 6553; Chem. Commun, 2017, 53, 10164) 和串聯的環化及去芳構化反應 (Chem. Commun., 2016, 52, 2257; Chem. Commun., 2016, 52, 9351; Chem. Commun., 2020, 56, 8202)。

圖1. 重氮參與的C(sp2)-H活化反應

近日，在此基礎上華東師範大學劉路團隊設計了一種使用重氮酮類化合物與醯基硫酯發生1,4-醯基遷移反應快速構建含硫四取代烯烴（TVS）的方法，該反應過程不同於已知的三種硫葉立德的遷移，並且具有條件溫和、反應速率快、收率高、應用範圍廣、原子經濟性、高立體選擇性以及低催化劑用量的特點。獲得的TVS是一類新型的AIE分子（圖2）。

圖2. TVSs的設計與合成

如圖3所示，在最優反應條件下，作者進行了底物範圍的考察。對於烯烴的四個部分進行更換均能取得良好的效果，說明該反應具有優異的底物應用範圍。包括含有競爭性基團苄基 (3ma)、烯丙基 (3xg) 或炔丙基 (3yg) 結構的硫代乙酸酯也能順利獲得1,4-醯基遷移反應產物。當使用重氮酯類化合物時仍然可以獲得四取代烯烴 (3ap-3aw)。值得一提的是進行了初步的藥物相關研究，包括卡多曲在內的六種生物活性結構均相容此反應 (4-9)。環狀硫代酸酯的擴環反應也能成功獲得含硫中到大環（C7-C10）化合物10（圖4）。

圖3. 1,4-醯基遷移反應底物適用性考察

圖4. 擴環反應獲得含硫中/大環化合物

隨後作者進行了規模擴大反應，可將催化劑用量降低至0.02%，TON高達3650，並且產物可以透過簡單的重結晶進行提純，說明此反應有進一步擴大規模生產的潛力（圖5）。交叉實驗和DFT計算（圖6）證明該反應經歷分子內過程，五元環過渡態TS-3是實現立體選擇性控制的原因。

圖5. 克級規模反應和交叉實驗

圖6. DFT計算

最後作者對製備的TVSs進行了一系列光物理活性測試，證明該化合物是一類新型的AIE分子，值得注意的是測試結果表明含不同取代基的TVS具有不同的光物理性質, 如圖7所示。該小組還將對TVSs進行進一步的開發，有關光學效能及材料應用的研究還在進行當中。

圖7. 光學活性測試

相關成果近日線上發表於Nature Communications 上。華東師範大學2018級博士生劉迅紳為論文第一作者，碩士生唐智瓊和本科生李名家也參與此課題的研究，徐林教授在光學性質測試部分給予了幫助，復旦大學李志銘教授完成了DFT計算方面的工作，李志銘教授和劉路教授和為論文共同通訊作者，該工作得到了國家自然基金科學委、上海市科委專案的資助。

Modular and stereoselective synthesis of tetrasubstituted vinyl sulfides leading to a library of AIEgens

Xun-Shen Liu, Zhiqiong Tang, Zhiming Li, Mingjia Li, Lin Xu & Lu Liu

Nat. Commun., 2021, 12, 7298, DOI: 10.1038/s41467-021-27167-x

導師簡介

劉路，華東師範大學化學與分子工程學院教授、博士生導師，化學院教學指導分委會副主任、有機化學學科主任。2001年本科畢業於華東師範大學化學系，2010年在華東師範大學獲得博士學位，師從張俊良教授。同年進入美國Miami大學Hong Wang小組進行博士後研究。2013年7月回到華東師範大學任教，2014年獲得上海市“浦江人才計劃”專案資助，多次獲得國家自然科學基金委“面上專案”以及上海市基礎研究重點專案等資助。研究領域包括重氮參與的卡賓轉移反應、不對稱催化、新型手性膦催化劑的設計與應用以及有機發光材料的設計與合成等。研究成果在Chem. Soc. Rev., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci., ACS Catal.等國際知名雜誌上發表文章50多篇。主編教材《現代有機化學實驗》，在中國大學MOOC上開設線上課程《有機化學實驗I》和《有機化學實驗II》兩門，選課人數超過3萬。獲得榮譽包括上海市浦江人才計劃（2014），華東師範大學本科教學年度貢獻獎（2018），2018年華東師範大學自然科學二等獎（第一完成人，2019），入選英國皇家化學會ChemComm Emerging Investigators（2020），晉升為中國化學會高階會員（2021）。

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