Brønsted酸是生物体和自然界中常见的化学物质，能够促进多种化学反应的进行，包括酯化、水解、环加成以及一些其他类型的反应。这种物质具备显著的催化性能，然而它的腐蚀特性，以及由此可能引发的酸雨和空气污染问题，使得它在实际应用和保存过程中受到诸多限制。因此，不应直接采用Brønsted酸，探索新的方法或者寻找替代品，这对研究工作有重要意义，同时也具备实际应用价值。
近期，贵州大学精细化工研究开发中心李停停研究团队借助光能促使全氟烷基碘化合物与吲哚分子发生反应，当场形成了Brønsted酸性物质，进而达成了对吲哚碳二位置进行烷基化的目标。
图1. 由C4F9I和吲哚原位生成质子的催化反应
作者选用3-甲基吲哚1a和1,1-二苯乙烯2a为原料，经过反复测试不同条件，最终确定使用C4F9I作为催化剂，在蓝光照射下，以乙腈为介质，反应九个小时，可以高产率地得到目标物。找到最佳方案之后，研究者又测试了反应物对其他物质的承受能力。实验数据揭示，在吲哚的苯环部位增加甲基、卤素原子、甲氧基等取代成分，或者将吲哚C3位置的甲基替换为其他结构，都能显著提升其化学活性。不仅如此，将甲基、苯基、甲氧基、卤素原子等基团接枝到烯烃的芳香环上时，反应过程也能顺利开展，并且该方法对萘环、噻吩环、脂肪烃基以及含有多个取代基的分子同样适用，具体效果见图2。
图2. 反应的普适性考察
先前的研究为后续工作奠定了基础，研究者着手探究该反应的内在机制。经过对反应环境的优化，他们确认了氢离子和碘离子对于生成目标物3a具有决定性作用，相关结果展示在图3a中。进一步的氘置换实验不仅明确了氢离子的来源，具体数据参见图3b，而且研究者还考察了其他取代基吲哚的转化情况，实验结果汇总于图3c。作者还考察了光照时长对反应速率的影响，发现光引发自由基的过程能够促进质子产生，吲哚1a和C4F9I之间的单电子转移反应很可能是整个过程的限制步骤，这一点在图3d中得到了体现。
图3. 机理研究的控制实验
通过对照实验及理论计算分析，研究者推测出反应的途径。吲哚1a经光照射与C4F9I作用，会形成•C4F9、I-和吲哚自由基阳离子9。自由基阳离子9在去质子化后，转变为吲哚自由基10并释放出H+，该H+随即与烯烃2a发生加成，生成叔碳阳离子12。叔碳阳离子12再与吲哚1a相互作用，最终产生阳离子型中间体13。经质子迁移或脱去氢离子后生成最终物质3a，随后释放氢离子以完成这一催化过程，具体反应路径如图4所示。
图4. 反应过程的可能反应机理和DFT计算
贵州大学精细化工研究开发中心李停停研究团队，运用“光促进全氟烷基碘与吲哚直接生成Brønsted酸”的方法，成功完成了吲哚的C2位烷基化过程。反应环境十分和缓，无需借助高酸性Brønsted酸，为制备吲哚系列化合物开辟了新途径。
论文信息
原位观察布朗斯特酸，用于展示其特性，通过图像呈现
潘先生，魏王，高先生，葛飞浩，李教授博士
– A
DOI: 10.1002/chem.