新疆大学阿布力米提·阿布都卡德尔/中国计量大学金伟伟：可见光诱导的扁桃酸与醇的氧化酯化反应，一种合成α-酮酯的新方法-上海善施科技

酯化反应对C-O键（例如酯和羧基）的构建有显著贡献。酯基是有机化学中最重要的官能团之一，在精细化学品、天然产物和药物分子中广泛存在。因此，已经开发了大量的酯合成方法。传统上，Fischer酯化或酯交换反应的强酸性或碱性条件限制了反应的范围并产生大量不需要的副产物。Bayer-Villiger氧化反应通常具有较低的区域选择性。然而，过渡金属催化的酯化反应，由于使用化学计量试剂而产生大量废物，也不是很好的方法。因此，仍然需要开发一种简单、绿色、高效、实用的酸与醇氧化酯化方法。近日，新疆大学阿布力米提·阿布都卡德尔教授/中国计量大学金伟伟教授合作报道了可见光诱导的扁桃酸与醇的氧化酯化反应。相关研究成果近期发表于Green Chemistry (DOI: 10.1039/D4GC00249K)。

可见光诱导的光化学合成已发展成为绿色和可持续有机合成领域的一种有效方法。在大多数报告中，扁桃酸与醇的酯化反应是在高温下使用过渡金属和金属络合物催化的。例如，2017年，邱仁华课题组报道了具有强路易斯酸特性的耐水性锆茂复合物催化酸和醇的直接酯化反应研究（Green Chem., 2017, 19, 5396–5402）。2022年，阿布力米提课题组报道了以三氟甲磺酸镍为高效催化剂，扁桃酸与各种醇类的催化酯化反应研究（Arabian Journal of Chemistry, 2023, 16, 104407–104414）。在此，作者发展了在无过渡金属催化剂的温和反应条件下，可见光诱导扁桃酸与醇的氧化酯化反应（图1）。

图1. 可见光诱导的扁桃酸与醇的氧化酯化反应（图片来源：Green Chem.）

可见光诱导的扁桃酸与醇的氧化酯化反应，一种合成α-酮酯的新方法

首先，作者使用市售的扁桃酸1a、正丁醇2a作为模型底物，对反应条件进行了优化，得出最佳的反应条件为：以Eosin Y为光敏剂，DTBP为氧化剂，DCE为溶剂，在18W蓝光下室温和空气中反应48-60 h。

接下来，作者将注意力转向不同扁桃酸在优化反应条件下与不同醇的反应。一系列含有供电子和吸电子取代基的 1 成功地与 2 反应生成α-酮酯。相比之下，发现具有吸电子基团（3bb-3fd）的扁桃酸只能与一些简单的脂肪醇反应。然而，具有供电子基团（3ga-3ho）的扁桃酸衍生物具有更好的底物耐受性，并且可以与苯环（3gi-3gk）、稠融芳基（3gp）和杂芳基（3gq）官能化的多种烷醇顺利反应生成α-酮酯。遗憾的是，当使用其它杂环取代的脂肪醇（如 2-噻吩甲醇和α-呋喃甲醇）和酚类化合物（如苯酚和4-甲基苯酚）作为亲核试剂时，没有形成相应的酯化产物。(图2)

图2. 扁桃酸与醇的底物范围（图片来源：Green Chem.）

α-酮酯在合成化学中常被用作关键中间体或高价值底物。3ac 可以进一步衍生化以获得有用的化学品（图3c）。

图3. 3ac 的衍生化（图片来源：Green Chem.）

基于现有的文献报告和我们对反应初步机理的验证，我们提出了一种可能的反应机理。首先，光敏剂Eosin Y在可见光照射下被激发，产生激发态Eosin Y*。然后氧化剂 DTBP 在激发态下被Eosin Y* 氧化，得到叔丁氧基自由基阴离子 A 和Eosin Y（自由基阳离子）。然后 A 和 1 进行电子转移以获得苄基自由基 B。Eosin Y 接受来自 B 的电子，形成催化循环并产生苄基阳离子 C。然后 C 去质子化形成过氧化物阳离子 D，之后 D 去质子化产生中间体 E。中间体 E 通过质子转移产生阳离子中间体 F。然后，醇作为亲核试剂与 F 发生亲核反应，生成中间体 G。然后中间体 G 去除 H2O和去质子化得到目标产物3。（图4）

图4. 可能的反应机理（图片来源：Green Chem.）

总结

总之，该方法以 Eosin Y 为光敏剂，DTBP 为氧化剂。在没有任何过渡金属试剂的情况下，通过新开发的光催化方法将扁桃酸与醇氧化酯化，合成了一系列 α-酮酯类化合物。该方法具有广泛的底物范围、良好的官能团耐受性和反应条件温和等优点，为合成各种α-酮酯提供了一种有效且可持续的新选择。

该工作近期以“Visible light-induced oxidative esterification of mandelic acid with alcohols: a new synthesis of α-ketoesters”为题发表在Green Chemistry. (DOI: 10.1039/D4GC00249K)上，新疆大学化学学院硕士研究生毛泽川为本文第一作者，通讯作者为新疆大学阿布力米提·阿布都卡德尔教授、中国计量大学金伟伟教授。该工作得到了国家自然科学基金和新疆维吾尔自治区自然科学基金的资助。

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