国科大杭高院张夏衡团队Sci Adv：非张力酮的脱酰芳基化和炔基化

碳碳键广泛存在于有机化合物中，然而由于碳碳键的空间位阻较大，键能较高等原因导致对其活化反应的研究一度显得落后而沉寂。发展新的方法实现高效的碳碳键活化不仅可以为有机化学家提供丰富而崭新的合成手段，对于缓解能源危机、减少环境污染和可再生资源的循环利用也具有重要的理论和指导意义，如石油工业产品的改性利用、造成白色污染的塑料制品降解以及高聚物降解再转化利用等。酮作为最常见的有机物之一，如何实现酮的碳碳键活化（脱酰化）及高效转化具有重要意义。近年来过渡金属催化酮的碳碳键活化得到了蓬勃发展，但相比之下，对于经由酮的碳碳键活化产生碳自由基的研究却相对滞后，主要原因在于反应驱动力不强和自由基前体的匮乏及不稳定，这也在一定程度上制约了酮的高效转化及其在有机合成中的应用前景。

图1. 经由自由基途径的酮的碳碳键活化

Norrish-Young反应虽然为酮的碳碳键活化提供了一种可行方案，但其所需高能的紫外辐射和产生的双自由基易发生自由基重组或脱羰等副反应使得该反应的实际合成应用受到较大的限制（图1a, Path I）。芳构化作为热力学驱动因素在酶催化的生物转化和有机合成中具有重要作用，围绕有机化学、自由基在许多有价值的合成转化中作为关键中间体出现，随着对自由基前体的研究不断深入，近年来利用芳构化前体在特定反应条件下芳构化的趋势实现酮的碳碳键活化产生碳自由基的策略得到了化学家们的青睐。尽管芳构化驱动酮的碳碳键活化近年来取得了一定的进展，但是该策略仍然存在步骤经济性低（需要分离纯化得到芳构化前体）、反应条件苛刻（需要高温）和底物范围不广（适用于甲基酮）等局限（图1a, Path II）。因此，发展高效温和的方法来实现酮的碳碳键活化，并将其应用于更为广泛的反应类型和底物范围具有重要意义。

近日，为解决上述挑战，中国科学院大学杭州高等研究院张夏衡团队以商业上廉价易得的甲基酮或环酮为底物，芳基卤或炔基溴为偶联试剂，利用N'-甲基吡啶甲酰腙酰胺（MPHA）作为酮的活化试剂来原位生成二氢三氮唑前体，该前体在温和的可见光诱导下，通过单电子转移产生碳中心自由基，随后该自由基被二价镍捕获形成三价镍，最后发生还原消除得到酮的脱酰芳基化和炔基化产物（图1c）。该反应条件温和，底物范围广，官能团容忍性强，适用于一锅法操作，进一步丰富了酮的碳碳键活化的应用范围，也为复杂天然产物和药物分子的后期修饰提供了一种可行的方法。相关成果于近期发表在Science Advances（《科学-进展》）上。

图2. 环酮的脱酰芳基化和炔基化反应

图3. 甲基酮的脱酰芳基化反应

小结

综上所述，中国科学院大学杭州高等研究院张夏衡团队报道了利用商业廉价易得的甲基酮或环酮为烷基化试剂，N'-甲基吡啶甲酰腙酰胺（MPHA）作为酮的活化试剂，利用可见光和镍协同催化实现了非张力酮的脱酰芳基化和炔基化反应，该反应为酮的碳碳键活化提供了新的设计思路和反应手段。该工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和国科大杭高院研究项目等经费的支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Deacylative arylation and alkynylation of unstrained ketones

Boyi Zhang, Hui Bai, Beibei Zhan*, Kaihang Wei, Shenyou Nie*, Xiaheng Zhang*

Sci. Adv., 2024, 10, eado0225, DOI: 10.1126/sciadv.ado0225

通讯作者信息

张夏衡，中国科学院大学杭州高等研究院特聘研究员。2015年博士毕业于中国科学院上海有机化学研究所，师从糖化学家俞飚研究员，博士期间主要从事复杂糖缀天然产物的全合成研究。2015-2020于美国普林斯顿大学从事博士后研究，师从有机化学家David MacMillan教授。2021年入选国家高层次人才青年项目，研究方向主要集中在可见光催化，自由基化学等。在Nature，Nature Communications， J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表论文20多篇。

课题组以优厚待遇招聘博士后2~3名，详情请见课题组网页：https://www.x-mol.com/groups/Zhang_Xiaheng