「国家优青」&「长江学者」，南大谢劲最新Angew

「国家优青」&「长江学者」，南大谢劲最新Angew研究成果南京大学化学化工学院的谢劲教授，作为教育部长江学者特聘教授和国家基金委优秀青年基金获得者，近日在化学领域顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上发表了题为“Nickel-Catalyzed Highly Selective Radical C-C Coupling from Carboxylic Acids with Photoredox Catalysis”的研究成果。该论文的第一作者包括Bo Ling, Shunruo Yao, Shengmao Ouyang, Haonan Bai, Xinyi Zhai，通讯作者为谢劲教授、朱成建教授以及李伟鹏。研究成果概述该研究主要聚焦于控制两种不同自由基之间的交叉耦合反应，这是一个长期存在的挑战。传统上，这类反应会导致三种产物的生成，包括两种均耦合产物和一种交叉耦合产物。通过持久自由基效应（PRE）实现交叉耦合选择性，需要存在一个持久自由基和一个瞬态自由基，这大大限制了可用的自由基前体。在本文中，作者创新性地实现了从羧酸及其衍生物（NHPI酯）出发，通过烷基自由基与酰基自由基的高选择性交叉耦合来构建C(sp2)-C(sp3)键，或与烷基自由基构建C(sp3)-C(sp3)键。这一成功的关键在于使用三齿配体（2,2:6,2-特吡啶）使自由基交叉耦合过程转变为镍介导的有机金属机制。该机制提供了一种简便灵活的方法来合成结构多样的酮（产率高达90%），也为具有挑战性的双重脱羧C(sp3)-C(sp3)耦合提供了新的解决方案。图文解读图1展示了自由基-自由基偶联中的持续效应，以及镍催化高选择性自由基-自由基与光氧化还原催化交叉偶联的示意图。图2详细列出了苯甲酸的适用范围，包括电子供体取代基、卤素、三氟甲氧基、酯基、三氟甲基等不同取代的苯甲酸。图3展示了NHPI酯的适用范围，包括不同脂肪族链、合成有用的结构、极性氮官能团以及天然氨基酸衍生物。图4列出了脱羧烷基化的适用范围，包括一级和二级羧酸以及生物活性分子如消炎痛和瑞格列奈前体。图5展示了机理研究的部分内容，通过一系列实验验证了反应的可能路径。图6提出了可能的反应机理，详细阐述了自由基的生成和交叉耦合的过程。总结与展望本研究开发了一种镍/光氧化共催化的选择性自由基-自由基交叉耦合反应，使用容易获得的羧酸及其NHPI酯衍生物作为耦合反应物。这种协同催化策略使得温和且高效地构建C(sp2)-C(sp3)键或C(sp3)-C(sp3)键成为可能，提供了结构复杂酮和具有全碳季碳中心的产物。机理研究表明，在反应体系中两种不同自由基物种的生成，并且通过捕获由NHPI酯衍生的烷基自由基和由苯甲酸脱氧产生的酰基自由基或由脂肪族羧酸脱羧产生的烷基自由基，实现了高交叉耦合选择性。该研究成果不仅为自由基化学和金属有机化学领域提供了新的思路和方法，也为合成具有复杂结构的有机化合物提供了有力的工具。未来，实验室将继续探索这种新兴策略在C(sp3)-C(sp3)键构建方面的应用，以期取得更多突破性的成果。