C(sp3)–H键的直接官能团化具有原子、步骤经济、原料来源丰富等特点，备受合成化学家的青睐。然而，这些化学键的高键能、低极性等特征使其反应性差，相近能量化学键的存在也使反应的选择性难以控制。因此，C(sp3)–H键的直接、选择性转化一直是有机合成中的难题。其中，实现纯碳氢化合物、特别是未活化烷烃的选择性C(sp3)–H官能化对于烃类资源的优化利用具有重要的意义，但目前尚未见有效且经济、温和的方法。
近日，厦门大学的龚磊（点击查看介绍）课题组报道了一种以有机可见光氢转移催化剂和手性廉价金属（铜、镍、钴）配合物协同催化策略，实现了从苄基、烯丙基烃到未活化烷烃的区域、立体选择性C(sp3)–H官能化，相关结果于近日发表于《自然▪催化》（Nature Catalysis）。
研究人员根据课题组近期在手性廉价金属配合物催化自由基不对称转化方面的工作基础（Nat. Commun., 2019, 10, 3804、J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 15850、 Chem. Sci., 2018, 9, 4562），以手性铜、镍、钴配合物与商业化醌类可见光氢转移催化剂共催化的方式，在极为温和的光反应条件下，实现了惰性烃向高附加值手性化合物的可控性转化，为烃类资源的优化利用及药物分子的后期改造提供了有效手段，也为纯烃分子作为反应试剂直接使用提供了新思路。
该方法适用于苄基、烯丙基类化合物、环烷烃、链烷烃等多种烃类分子，具有良好到优秀的产率（up to 97% yield）、区域选择性（up to 50:1 r.r.）和对映选择性（up to 99.5% e.e.），并在一些药物及生物活性分子（如celebrex、skelaxin等）的后期官能化中也具有一定的适用性。反应产物能通过简单的方法转化为手性α-氨基酸衍生物、β-氨基醇等重要分子，并保持光学纯度。此外，催化体系也展现了通过改变催化剂金属中心获得手性反转产物的独特现象，为立体发散性合成提供了极为简便的策略。
本工作由龚磊老师指导，实验部分由2016级博士生李延军（第一作者）和已毕业硕士生雷梦合作完成，研究受到国家自然科学基金（21572184）、福建省杰出青年基金（2017J06006）、南强青年拔尖人才计划、厦门大学校长基金（20720190048）等项目的支持。
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Photocatalytic regio- and stereoselective C(sp3)–H functionalization of benzylic and allylic hydrocarbons as well as unactivated alkanes
Yanjun Li, Meng Lei, Lei Gong
Nat. Catal., 2019, DOI: 10.1038/s41929-019-0357-9
导师介绍
龚磊
https://www.x-mol.com/university/faculty/14197
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