暨南大学王成明：N-杂环卡宾催化烷基自由基对异腈的插入反应用于杂环的发散性构建

暨南大学王成明教授课题组开发了一种N-杂环卡宾（NHC）催化烷基自由基对异腈的插入反应，用于杂环化合物的发散性构建，相关成果发表于 Org. Lett.。以下是关键内容总结：研究背景与意义含氮杂环的重要性：广泛存在于天然产物、药物及生物活性分子中，其高效构建是合成化学的热点。传统方法的局限性：基于过渡金属或光敏剂的自由基生成方法存在毒性、成本高、官能团兼容性差等问题，限制了其在药物合成中的应用。研究目标：开发绿色、经济、可持续的imidoyl自由基生成方法，实现杂环的高效构筑。研究内容与创新NHC催化单电子转移（SET）途径突破醛依赖性：传统NHC催化自由基反应多依赖醛类底物，王成明课题组将其扩展至无醛基底物（如α-卤代物）。直接作为还原剂：利用NHC作为单电子转移还原剂，生成烷基自由基，与异腈发生插入反应，实现菲啶类化合物的氧化还原中性快速构建。图1. NHC催化通过单电子转移生成自由基并构建杂环（来源：Org. Lett.）反应的普适性与实用性底物范围广：芳香异腈类化合物（含卤素、间位取代基）均能兼容，区域选择性由空间位阻控制。α-卤代物（酯类、酮类、酰胺类、腈类、硝基化合物）可高效转化为目标产物。克级放大：反应可顺利放大至克级规模，体现工业化潜力。扩展至其他杂环：成功应用于喹啉、异喹啉、苯并噻唑及天然产物Trisphaeridine的合成。图2. 不同取代基底物的菲啶产物收率（来源：Org. Lett.）反应机理验证自由基中间体证明：加入自由基抑制剂（TEMPO、1,4-二硝基苯）导致产率下降，捕获烷基自由基-TEMPO加合物直接证实自由基过程。同位素效应：可忽略的KH/D值（0.95）表明芳烃C-H键断裂非决速步。催化循环机制：NHC通过SET生成α-碳自由基B。异腈插入生成自由基中间体C。C经HAS型环合生成菲啶产物，碱再生NHC完成循环。图5. NHC催化自由基反应机理（来源：Org. Lett.）研究优势绿色化学：无需过渡金属或光敏剂，操作简便，符合氧化还原中性条件。高效性：反应条件温和，底物普适性强，适用于复杂分子合成。创新性：首次实现NHC催化烷基自由基对异腈的插入反应，为杂环构建提供新策略。研究支持与作者基金支持：中央高校基础科研业务费、广东省基础与应用基础研究专项基金、广东省功能超分子配位材料重点实验室开放基金。作者贡献：硕士生李倩蓉在王成明、周聪颖教授指导下独立完成实验。该研究为杂环化合物的绿色合成提供了新方法，具有重要学术价值和应用前景。