[(DPEPhos) (BCP) cu] PF₆: un catalizzatore di Photoredox a base di rame generale e ampiamente applicabile

Le trasformazioni radicali sono conosciute da decenni per fornire percorsi straordinariamente efficienti nella chimica sintetica che sono spesso complementari alle trasformazioni basate su processi cationici, anionici o pericicliche¹. Pur essendo particolarmente promettente per vari tipi di trasformazioni, la chimica basata sui radicali è stata da tempo sottosfruttata, soprattutto a causa della necessità di reagenti altamente tossici che ne limitano considerevolmente l’attrattiva. Inoltre, i processi radicali sono stati da tempo considerati come trasformazioni associate a livelli di controllo scarsi in termini di Regio-e/o stereoselettività, o che portano a problemi di dimerizzazione e/o polimerizzazione estesi.

Sono state recentemente sviluppate strategie alternative per facilitare la generazione e controllare meglio la reattività delle specie radicali. Tra questi, la catalisi foto-ossidoriduttiva è diventata uno dei metodi più potenti in quanto consente la generazione conveniente di specie radicali utilizzando un composto reattivo alla luce, vale a dire il catalizzatore foto-ossidoriduttiva, e la luce visibile irradiazione^2,3 . La luce visibile stessa è infatti in grado di promuovere la popolazione dello stato eccitato del catalizzatore fotoredox che diventa, di conseguenza, sia un più forte riducente e ossidante che nel suo stato di terra corrispondente. Queste proprietà redox migliorate rendono i processi di trasferimento a singolo elettrone, non fattibile nello stato di terra, possibili in condizioni miti dallo stato eccitato. Negli ultimi dieci anni, la catalisi della luce visibile fotoredox è diventata una tecnica attraente e potente nella sintesi organica e ha permesso lo sviluppo di numerose trasformazioni straordinariamente efficienti e selettive basate su intermedi radicali generati in condizioni sostenibili, miti e di facile utilizzo.

Mentre la maggior parte dei processi fotoredox segnalati fino ad oggi sono dominati dall’uso di catalizzatori di fotoredox a base di Iridium e rutenio, così come da alcuni coloranti organici come il pyrylium e i derivati di acridinio⁴, le alternative più economiche sono ancora molto richieste per lo sviluppo di processi complementari di interesse per le applicazioni industriali. A questo proposito, l’uso di catalizzatori di fotoredox a base di rame appare particolarmente attraente in quanto non solo sono più economici, ma offrono anche l’opportunità di attivare una gamma più ampia e/o diversa di substrati, che quindi apre nuove prospettive in catalisi fotoredox⁵,^6,7,8. Nonostante alcuni promettenti primi lavori segnalati dal Kutal⁹, Mitani¹⁰ e Sauvage¹¹ gruppi, complessi di rame fotoattivabili, tuttavia, sono stati solo scarsamente utilizzati nella catalisi fotoredox, molto probabilmente a causa della loro stati eccitati di breve durata rispetto ai loro congeniti a base di rutenio e di iridio. Più recentemente, i recenti notevoli contributi di Peters e fu^12,13,14,15, Reiser¹⁶,^{17,18, 19} anni di ^{, 20} e altri gruppi²¹,^22,23,24,25 hanno chiaramente portato l’attenzione ai catalizzatori a base di rame fotoredox e hanno dimostrato la loro un potenziale unico.

Come parte del nostro recente interesse nei processi radicali catalizzati di rame^26,27, abbiamo recentemente riferito un catalizzatore fotoredox a base di rame generale e ampiamente applicabile, [(dpephos) (BCP) cu] PF₆ (dpephos: bis [(2- fenilfosfina) fenil] etere; BCP: bathocuproine), che si è rivelato particolarmente efficiente per l’attivazione di alogenuri organici sotto irraggiamento della luce visibile (Figura 1a)^28,29,30. In caso di irradiazione con luce visibile e in presenza di un’ammina come reductant sacrificale, è stato dimostrato che un’ampia gamma di alogenuri di arile e alchilici non attivati è stata facilmente attivata da quantità catalitiche di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF₆ e quindi a partecipare in varie trasformazioni radicali tra cui riduzioni, ciconazioni e arilazione diretta di diversi elettroni ricchi (Hetero) Arenes. Inoltre, [(DPEPhos) (BCP) cu] PF₆ ha anche dimostrato di essere riuscito a promuovere le cicazioni di Domino radicale fotoindotta di ynamides e cyanamides, fornendo un accesso efficiente e diretto a Tri-, Tetra-e azoto pentaciclico complesso eterocicli alle strutture di base di vari prodotti naturali. Questa strategia ha permesso la sintesi efficace di rosettacina, luotonina a, e deoxyvasicinone, prodotti naturali che presentano attività anticancro, antimicrobica, anti-infiammatorie e antidepressivi. Queste trasformazioni sono illustrate nella Figura 1C. Dal punto di vista meccanicistico, l’attivazione fotoindotta degli alogenuri organici con [(DPEPhos) (BCP) cu] PF₆ procede attraverso un ciclo catalitico raro cu (i)/cu (i) */cu (0), che è stato confermato da ampi studi meccanicistici e fotofisici. In particolare, l’eccitazione dello stato del suolo [(DPEPhos) (BCP) cu] PF₆ [Cu (i)] al momento dell’irradiazione da parte della luce visibile conduce alla formazione del corrispondente complesso eccitato [(DPEPhos) (BCP) cu] PF₆* [Cu (i) *] che viene poi ridotto dal ammina sacrificale per generare le corrispondenti specie [(DPEPhos) (BCP) cu] PF₆ [Cu (0)]. Questo intermedio cu (0) è abbastanza riduttivo per ridurre il legame carbonio-alogeno di vari alogenuri organici per generare i corrispondenti radicali, che possono poi partecipare alle suddette trasformazioni, insieme con la rigenerazione della partenza catalizzatore (Figura 1B).

Nella sezione seguente, descriviamo per prima cosa il protocollo per sintetizzare il fotoactivatable [(DPEPhos) (BCP) cu] PF₆ (le cui NMR e le caratterizzazioni spettroscopiche sono presentate nella sezione dei risultati rappresentativi). La sintesi è semplice e particolarmente conveniente, e richiede semplicemente l’aggiunta di 1 equivalente di DPEPhos e 1 equivalente di bcp a una soluzione di rame tetrakisacetonitrile (I) Esafluorofosfato in diclorometano. Il desiderato [(DPEPhos) (BCP) cu] PF₆ viene quindi isolato per precipitazione dall’etere dietilico e può essere facilmente ottenuto su una scala Multigram (Figura 2a). È importante sottolineare che il complesso di rame isolato non è particolarmente sensibile all’ossigeno e all’umidità e può quindi essere comodamente manipolato senza precauzioni specifiche, oltre a essere conservato lontano dalla luce.

In secondo luogo, descriviamo i protocolli per attivare alogenuri organici utilizzando [(DPEPhos) (BCP) cu] PF₆ sotto irraggiamento della luce visibile concentrandosi su due diverse trasformazioni. La prima reazione è l’arilazione diretta di N-metilpirrolo con 4-iodobenzonitrile utilizzando una quantità catalitica di [(dpephos) (BCP) cu] PF₆ come fotoredox catalizzatore, dicyclohexylisobutylamine come il riducente sacrificale e potassio carbonato come base sotto irradiazione a 420 Nm (Figura 2B). La seconda reazione è la ciclizzazione radicale di n-benzoil-n-[(2-iodoquinolin-3-yl) metile] cianamide, utilizzando lo stesso catalizzatore e reductant sacrificale, la cui ciclizzazione conduce direttamente a luotonina a, un prodotto naturale che Mostra attività antitumorali interessanti (Figura 2C). Sono disponibili protocolli dettagliati per entrambe le trasformazioni.