氰基作为重要的官能团广泛存在于天然产物和药物分子中。目前已有超过50种含有芳基腈与烯基腈的药物上市或处于临床阶段，用于治疗各种疾病 (Figure 1)。而且，氰基作为重要的转化基团，在一定的条件下能够用来制备胺、羧酸、酰胺、异氰酸酯、酮、酯、以及合成一系列的杂环分子。

传统的氰化试剂，包括剧毒的氰盐，如氰化钠、氰化钾、氰化锌等；易于挥发毒性较大的丙酮氰醇（acetone cyanohydrin）和三甲基硅腈（TMSCN）。这些试剂的使用不仅存在很大安全隐患外，体系中游离的氰根负离子会与催化剂相互作用，导致催化剂失活。因此，余金权、焦宁和Sukbok Chang 等课题组采用原位生成氰基的策略向目标分子中引入氰基官能团。但是，高温和氧化剂的剧烈条件使其底物范围较为受限。基于以上问题，开发新的方法、研发安全高效的氰化试剂迫在眉睫。清华大学药学院廖学斌（点击查看介绍）课题组经过大量的探索，发现4-氰基吡啶氮氧化物作为一种廉价、稳定、不挥发的固体可作为氰源。该氰源在镍催化下，发生C-CN键的断裂，并能进一步对底物进行氰化；该方法反应条件温和，同时采取C-CN活化的策略也避免了反应体系中大量游离的-CN与镍相互作用而使催化剂失活等问题（Figure 2）。

Figure 2. Methods for the Cyanation of Aryl Halides and Hydrocyanation of Alkynes

在镍催化下，该氰化试剂能够很容易在芳基碘代物、芳基溴代物、芳基三氟甲磺酸酯上引入氰基；在高温下，也可以对芳基氯化物引入氰基基团（Figure 2）。在进一步的探索中，廖学斌团队发现适当的控制反应条件能够对炔烃进行很好的氢氰化。当底物为双取代的炔烃时，在不同反应条件下，能够得到Z式或E式的烯基腈。当底物为端基炔时，能够专一性得到马氏加成的烯基腈。该团队也对反应机理进行了探究，包括：金属有机中间体的分离、氘代实验的验证。

综上，清华大学廖学斌团队开发了一种在温和条件下通过镍催化的C-CN键的活化，来向底物引入氰基的方法。该方法底物适用范围广；并具有很高的选择性（Z/E，马氏加成）。氰源廉价、无毒、性质稳定；为合成含有氰基的化合物提供了一种安全、实效的方法。

该研究成果发表在近期的ACS Catalysis上，论文作者为陈晖、孙淑豪、刘亚虎博士 (Genomics Institute of the Novartis Research Foundation, San Diego) 与廖学斌教授。

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Nickel-Catalyzed Cyanation of Aryl Halides and Hydrocyanation of Alkynes via C–CN Bond Cleavage and Cyano Transfer

Hui Chen, Shuhao Sun, Yahu A. Liu, Xuebin Liao*

ACS Catal., 2020, 10, 1397-1405.DOI: 10.1021/acscatal.9b04586

廖学斌教授简介

廖学斌博士于1995年获得北京大学化学与分子工程学院学士学位，1998-2004年期间在威斯康星大学密尔沃基分校（University of Wisconsin-Milwaukee）获得有机化学博士学位；2005-2008年期间随世界著名化学家 John F. Hartwig先后在耶鲁大学以及伊利诺伊大学香槟分校从事博士后研究；2009年至2012年在诺华功能基因组研究院（GNF）以高级研究员(PI)的身份开展药学研究。2012年9月正式加入清华大学药学系，任教授、博士导师。课题组研究方向：（1）以天然产物为导向的全合成及方法学研究;（2）发展新的癌症免疫疗法，主要包括基于先天免疫系统的组合癌症免疫疗法和针对自身免疫病的小分子免疫调节剂的发现。一部分工作包括发展作用于各种TLRs的新型小分子配体工具库，然后利用工具小分子研究Toll样受体对先天免疫系统的各种调控机制以及如何影响获得性免疫系统；另一主要工作研究癌细胞及免疫细胞的表观调控机制以期发现新的癌症免疫治疗方法;（3）基于结构的药物设计和发现；(4)研究各种免疫细胞尤其是T细胞的衰竭机制。

http://www.sps.tsinghua.edu.cn/cn/team/team/2016/0704/6.html

https://www.x-mol.com/university/faculty/17922