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（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

氮雜環骨架廣泛存在于天然產物、藥物和農業化學品等中。雖然唑類化合物的N-芳基化策略已經得到了廣泛的發展，但對于N-烷基化反應目前卻較少有相關的研究報道。其中，構建N?C(sp³)鍵的成熟方法主要依賴于N-中心親核試劑與親電試劑的親核加成反應，如烷基（擬）鹵化物或羰基化合物。然而，N-H唑化合物的低親核性通常需要苛刻的反應條件，這些條件與引入二級或三級脂肪族取代基不相容，不適用于復雜的環境。最近，光和電化學方法已成為唑類化合物N-烷基化的一種強有力的替代方法。這些策略通常依賴于從豐富的前體（如烷基鹵化物、烷基羧酸、烷烴或氧化還原活性酯）形成C-中心自由基或碳陽離子中間體（Figure 1A）。烯烴的分子間氫胺化是一種極具吸引力的N?H唑類化合物進行烷基化策略。然而，由于大多數N-H底物和烯烴都具有是親核性，因此需要催化劑來介導它們的反應。雖然過渡金屬催化分子間氫胺化已取得了許多進展，但僅有一例關于N-H唑類、N-H吲哚與非活化烯烴的反應，并且僅限于具有Markovnikov選擇性的末端烯烴（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 3200.）。同樣，通過與烯烴自由基陽離子的親核加成反應，在光催化雜環氫胺化方面取得了重要進展，但尚未實現利用非活化烯烴構建N-烷基唑產物的報道（Figure 1B）。作為一種互補的方法涉及形成親電N-中心自由基（NCRs），因為它們與非活化烯烴的反應是極性匹配的。2021年，Doyle課題組（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 18331.）開發了一種膦-光氧化還原催化策略，可活化一級磺酰胺的N-H鍵，并通過膦基自由基中間體P-N鍵的α-斷裂生成NCRs。受此啟發，作者設想這一策略是否可以擴展到N-H唑類化合物，并選擇評估具有廣泛N-H BDFEs的底物（Figure 1C）。近日，Abigail G. Doyle和Robert R. Knowles課題組合作報道了一種在可見光照射下，利用雙重膦和光氧化還原催化策略，實現了非活化的烯烴的分子間anti-Markovnikov氫胺化反應，同時也實現了各種唑類化合物的N-烷基化（Figure 1D）。化學加——科學家創業合伙人，歡迎下載化學加APP關注。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

首先，作者以苯并咪唑1與亞甲基環戊烷作為模型底物，進行了相關反應條件的篩選（Table 1）。當以PC 1（[Ir(dF(Me)ppy)₂dtbbpy]PF₆）（2 mol %）作為光催化劑，PCy₃（10 mol %）作為催化劑，三異丙基苯硫酚（TRIP-SH）（10 mol %）作為催化劑，427 nm lamp（34 W）作為光源，在PhCF₃溶劑中反應16 h，可以82%的收率得到產物2。

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在獲得上述最佳反應條件后，作者對唑類化合物的底物范圍進行了擴展（Scheme 1）。首先，一系列苯并咪唑衍生物，均可順利反應，獲得相應的N-烷基化產物2-7，收率為42-99%。其中，對于非對稱苯并咪唑底物，具有較低的N-位選擇性。其次，嘌呤衍生物具有高度的N⁷-烷基化選擇性，獲得相應的產物8-11，收率為66-80%。非取代的1,2,4-三唑和3-苯基三唑，可以高收率得到相應的N¹-烷基化產物12和13。此外，含有苯基、氨基甲酸酯和烷氧羰基取代的吡唑，也具有良好的耐受性，獲得相應的產物14-17，收率為87-98%。非取代吲唑和3-取代吲唑，也是合適的底物，獲得相應的N¹-烷基化產物18-20，收率為50-87%。含有醛基取代的吲唑底物，僅獲得20%收率的產物21。氮雜吲哚（azaindoles），也可獲得相應的N-烷基化產物22（收率為46%）和23（收率為23%）。苯并三氮唑衍生物，也是合適的底物，獲得相應的產物24-27，收率為60-92%，具有適度N¹-和N³-選擇性。值得注意的是，該策略還可用于伊布替尼衍生物的后期衍生化，可以95%的收率得到N¹-烷基化產物28。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

緊接著，作者對烯烴的底物范圍進行了擴展（Scheme 2）。首先，環狀1,1-二取代烯烴、環己烯、環辛烯、(非)環狀三取代烯烴和四甲基乙烯，均可順利反應，獲得相應的N-烷基化產物29-35，收率為45-96%。其中，產物34是一種可分離的區域異構體，以9:1的比例提供anti-Markovnikov和Markovnikov產物。其次，烯烴中含有氨基甲酸酯、內酰胺、無環醚、環醚、烷氧羰基和非保護的一級醇，均與體系兼容，獲得相應的N-烷基化產物36-41，收率為62-99%。此外，(±)-芳樟醇與諾卡酮衍生物，也可進行后期衍生化，獲得相應的產物42（收率為71%）和43（收率為81%）。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

隨后，作者提出了一種合理的催化循環過程（Figure 2A）。首先，銥光催化劑在藍光照射下，激發的光催化劑和膦A之間經單電子轉移（SET）后，生成還原的光催化劑以及膦自由基陽離子B。其次，陽離子B與唑類化合物D經親核加成，生成膦基自由基中間體C。中間體C的P-N鍵的α-斷裂，可使膦催化劑A再生，并釋放出一個N-中心的自由基E。隨后，烯烴與自由基E反應，可實現C-N鍵形成，生成C-中心的自由基F，其可在硫醇催化劑作用下進行HAT，從而生成目標產物G。同時，硫基自由基I與還原的光催化劑組合，通過質子轉移（PT），使HAT催化劑再生并完成催化循環。此外，通過Stern?Volmer實驗結果，進一步支持了上述機理的合理性（Figure 2B）。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

此外，作者還通過相關的理論計算，并按N-H BDFE對唑類化合物的反應性進行了分類（Figure 3A）。同時，作者列出了非反應性唑類化合物的例子（Figure 3B）。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

最后，作者對唑類藥物的區域選擇性起源提出了質疑。作者認為，高濃度的自旋密度與反應性的有利位點有關。事實上，NCR自旋密度計算與這一假設一致，其中N-烷基化的主要異構體對應于NCR中自旋密度最高的N-原子。然而，自旋密度的差異并不能反映觀察到的實驗選擇性的大小（Figure 4）。

（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）