综述：可见光促进烯烃异构化
烯烃作为一种重要的结构单元，也是在有机合成中最常用的基团之一。目前已经有大量合成烯烃方法的报道, 比如, Wittig 反应及其改良和变体、 Julia 反应及其改良和变体、Peterson 烯基化反应、烯烃复分解反应、炔烃的选择性还原等反应。但这些方法往往得到的是烯烃立体异构体的混合物。因此，得到单一构型的烯烃化合物是合成中的挑战。南京大学俞寿云老师就近年来可见光促进的烯烃异构化的相关研究进展进行总结, 并且对相应的反应机理进行了讨论（Chin. J. Org. Chem. 2019,39, 95～108）。
1. 烯烃的光化学异构化
烯烃异构化最典型的例子就是在脊椎动物光感受器中发生的 11-顺式视黄醛 1 异构化为全反式视黄醛 2 的过程。从中化学家开始对光促烯烃异构化进行更深入的研究（图1）。
在传统的热化学合成中，由于E-式烯烃的能量更低，热力学更稳定，选择性合成E-式烯烃的方法已经比较成熟。而Z-式烯烃的合成需要使用高能量试剂在低温下通过动力学控制反应路径来实现，而且在后续分离和反应过程中，Z-式烯烃也容易异构化生成E-式烯烃，所以通过热化学合成方法很难得到令人满意的Z-式烯烃，然而通过光化学的手段可以将E-式烯烃重新转化为Z-式烯烃。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～108
通常在基态反应中, C(sp2)-C(sp2)双键的旋转往往受到高旋转能垒的阻碍, 不易发生异构化。普通的烯烃也不能直接吸收可见光, 不能直接被可见光激发。添加合适的光敏剂则可以克服这一困难。可见光激发光敏剂后, 通过能量转移的方式敏化烯烃化合物, 使其跃迁至单线态, 经系间窜越过程得到双自由基的三线态中间体, 此中间体可以进行旋转来实现烯烃的异构化。由于不同构型的烯烃淬灭激发态光敏剂的速率是不同的, 通常共轭的 E-式烯烃可以有效地淬灭光敏剂, 而Z-式烯烃由于位阻作用, 是非共轭状态, 通常不能有效地淬灭光敏剂, 从而实现烯烃的 E→Z异构化（图2）。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～108
高能量的紫外光直接照射也可以实现烯烃的激发, 顺式烯烃激发所需要的能量要比反式烯烃激发所需要的能量要高, 因此, 使用介于顺式与反式烯烃激发波长之间的特定波长的光进行照射,即可实现选择性地将反式烯烃激发至三线态, 经双自由基中间体的旋转后,接着向顺式和反式两个方向发生衰减, 而异构化得到的顺式产物不会被再次活化, 所以其衰减系数的大小就决定了最终的平衡体系中顺式产物与反式产物的比例, 即可选择性地得到烯烃定向异构化反应的顺式产物（如下图）。因此烯烃光化学异构化的基本策略主要有两种：
一种是在光敏剂的催化下, 对既定构型的烯烃化合物直接实现异构化;
另一种则是在通过化学转化构建双键的过程中, 对其进行立体选择性地控制。
图片来源泊菲莱科技公众号
2． 既定构型烯烃的光化学异构化
2.1 仿生的烯烃异构化
Walker 和 Radda发现在紫外光的照射下,全反式视黄醇 4 在(－)-核黄素[(－)-riboflavin]溶液中的吸收显著降低, 薄层色谱(TLC)显示有 11-顺式视黄醇6的生成。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～108
Gilmour 等使用 Walker 所报道的廉价易得的天然产物核黄素实现了活化烯烃的 E→Z 异构化(Scheme 4)。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～108
在此基础上，Gilmour 等又对肉桂酸衍生物 E-8成功地以高选择性得到了预期的 Z-构型产物（图5）。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～108
Gilmour 等又对肉桂腈衍生物 E-10成功地以高选择性得到了预期的 Z-构型产物（图6）。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～108
2.2 羰基类化合物和稠环化合物作为光敏剂实现的烯烃异构化
Hammond 等就使用苯并[a]蒽 11 作为光催化剂, 实现了反式二苯乙烯的异构化 E-12(Scheme 7)
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王卫等发展出了一种新型的酮类光敏剂 2-碘-9-芴酮, 并应用于可见光促进的烯烃异构化反应中,实现了顺式二芳基乙烯类化合物的绿色高效合成。
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Gilmour 等报道了光诱导的蒽催化的烯丙醇 18 的 Z→E异构化反应, 并通过钯催化的氧化环化反应构建 4-三氟甲基取代的 2H-色烯类化合物（图9）。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～108
2.3 金属配合物作为光敏剂实现的烯烃异构化
金属配合物是基于其电子到配体的电子转移(metal-to-ligand charge transfer, MLCT)激发态具有优良的光化学与光物理性质而被用作光敏剂,其光敏作用主要是通过分子内的能量转移及(或)电子转移来对底物进行活化。
2001年，Osawa等报道了用多联吡啶 Ru(II)配合物来实现反式-4-氰基-二苯乙烯(E-20)的光异构化反应(Scheme 10)。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～108
Weaver 等报道了铱配合物作为光催化剂介导的反式芳基烯丙基胺的异构化反应并提出了两种可能的 Ir(ppy)3*催化剂光淬灭的机理, 如 Scheme 11 所示。一种是还原淬灭机理（即单电子转移），另一种是双自由基的机理（即能量转移）。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～108
Weaver还对其他类型取代的烯烃进行尝试。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～108
Reiser 等使用 fac-Ir(ppy)3 作为光催化剂, 同样实现了化合物 E-28 的 E→Z 异构化反应(Scheme 12)
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2015 年, Rueping 等报道了一种反应条件温和的,可见光诱导的二苯乙烯类化合物 E-29E→Z异构化反应 (Scheme 13)。同时还设计了连续流动化学反应以实现克级规模。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～10
2018 年, Gilmour 等发展了可见光诱导的烯基硼酸酯反热力学的E→Z 异构化反应(Scheme 14)。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～10
此外，Gilmour 等还进行了相应的硼酸酯的衍生化。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～10
3 立体选择性控制烯烃的合成
2014 年, 卿凤翎等开发了一种新型的可见光诱导的苯乙烯的直接三氟甲基化方法, 此方法可以通过选择特定的光催化剂来实现三氟甲基化后烯烃的 E/Z 构型的控制(Scheme 16)。热力学稳定的 E-异构体可以通过钌配合物催化直接构建, 而热力学不稳定的 Z-异构体则可以通过铱配合物催化来构建。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～10
Cho等报道了光催化的炔烃的双官能团化反应(Scheme 17)。该反应利用催化剂、碱和溶 剂 的 差 别 来实现炔烃双官能团化E/Z 构型的控制。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～10
Weaver 等使用多氟芳烃自由基对取代炔烃 46 加成得到骨架多样的烯基化多氟芳烃化合物,并且通过对光催化剂的筛选来实现对烯基化产物立体选择性的控制. (Scheme 18)。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～10
2016年, 黄学良等报道了可见光诱导的钯/钌协同催化芳基碘化物48 和烯烃的 Heck 偶联反应，利用烯烃的差异以实现E/Z 构型的控制(Scheme19)。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～10
王磊等报道了一种可见光控制的三组分参与的合成菲啶类化合物的自由基串联反应(Scheme 20)。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～10
2018 年, 尚睿等报道了一种光催化 Heck 脱羧偶联合成顺式烯烃化合物的方法(Scheme 21)。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～10
程旭等报道了一种取代苯乙烯的 1,5-溴三氯甲基化 反 应 , 并对 产 物 的 构 型 进 行 了 立 体 选 择 性 控 制 (Scheme 22)。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～10
程旭等还进一步探讨了三取代的反式芳基烯丙醇 E-63 的 E→Z异构化反应(Scheme 23)。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～10
俞寿云等报道了可见光催化的三组分参与的自由基接力反应来制备 α-氨甲基肉桂基醚 67, 并对其立体选择性进行了控制(Scheme 24)。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～10
在此基础上，(E)-α-氨甲基肉桂基醚(E-67)的E→Z 异构化反应也被研究(Scheme 25)。
图片来源：Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 95～10
2020年，Gilmour等通过选择性能量转移催化实现硼辅助烯烃几何异构化。
图片来源：Molloy et al., Science369, 302–306 (2020)
参考文献：
[1] Zhang, Hao, Yu, Shouyun. Visible Light-Promoted Isomerization of Alkenes.Chin. J. Org. Chem.2019, 39, 95～108
[2] John J. Molloy, Michael Schäfer, Max Wienhold, Tobias Morack, Constantin G. Daniliuc, Ryan Gilmour. Boron-enabled geometric isomerization of alkenes viaselective energy-transfer catalysis. Molloy et al., Science 369, 302–306 (2020)
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