机械力诱导连续电子转移策略实现高还原电位芳基卤化物的高效还原

针对传统机械力催化中压电材料还原能力不足的难题，四川大学团队创新性提出连续机械力诱导电子转移(ConMET)策略，通过压电材料CaTiO3 与牺牲电子供体9-苯基二氢吖啶(D1)协同作用，成功实现还原电位高达-2.8 V (vs. SCE)的芳基卤化物(Cl/Br/I)活化，并应用于烯烃反马氏氢芳基化及脱卤氘代反应，为绿色合成提供了无过渡金属、温和条件的新范式。

　　

在追求绿色化学合成的道路上，化学家们始终面临一个关键挑战：如何在不使用昂贵过渡金属和苛刻反应条件的背景下，实现惰性化学键的高效活化。传统光催化虽取得显著进展，但其依赖的光能利用效率存在固有局限，特别是对于需要极高还原电位（如-2.8 V vs. SCE）的芳基卤化物转化。与此同时，新兴的机械氧化还原催化通过压电材料在机械力作用下产生极化电势，为单电子转移(SET)过程提供了新途径。然而，与光催化类似，单一机械力诱导的压电电势往往不足以驱动高能垒的C(sp²
)-X键断裂，这成为制约该领域发展的瓶颈。

针对这一科学难题，四川大学的研究团队在《Nature Communications》发表了突破性研究成果。受光催化中连续光诱导电子转移(ConPET)策略启发，该团队首创连续机械力诱导电子转移(ConMET)机制，将压电材料CaTiO₃
与有机电子供体D1结合，构建出具有超强还原能力的催化体系。该系统成功实现了传统机械催化难以企及的芳基氯化物活化，并拓展至抗肿瘤药物分子后期修饰，为绿色合成提供了全新工具。

研究采用三大关键技术：1）机械球磨反应系统（30-35 Hz频率）实现压电材料持续极化；2）以DMSO/d₆
-DMSO为氢/氘源的液体辅助研磨(LAG)技术；3）通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)追踪CaTiO₃
颗粒形貌变化。

【反应优化】
通过系统筛选发现：CaTiO₃
在压电材料中表现最优（产率91%），DMSO作为LAG试剂和氢源不可或缺。控制实验证实D1与CaTiO₃
的协同作用——缺失任一组分时产率骤降>80%。自由基捕获实验检测到TEMPO加合物，证实反应经由自由基路径。

【底物拓展】

研究展示了惊人的底物普适性：含强给电子基（-OMe, -NR₂
）或吸电子基（-CF₃
, -OCF₃
）的芳基碘/溴化物均能高效转化（3a-3l），且C-I键可选择性保留C-F/C-Cl键（3m-3n）。杂环体系如吡啶(3q)、噻吩(3r)及药物分子L-薄荷醇衍生物(3ao)均兼容。值得注意的是，该策略首次实现机械力催化的烷基氯参与反应（3as, 20%产率）。

【脱卤氘代】

使用DMSO-d₆
时获得97%氘代率的芳基氯产物(4a)，含磷配体(4e)和药物分子(4f-4j)的氘代标记效率优异，为同位素标记提供了新方法。

【机制研究】

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颗粒形貌变化'>
SEM显示球磨使CaTiO₃
颗粒从1μm降至90-900nm，循环4次后因团聚导致活性下降。提出的ConMET机制包含：1）机械力极化CaTiO₃
产生初级还原物种；2）D1经单电子转移生成强还原性"超电子供体"；3）芳基卤化物经SET生成自由基参与后续转化。

这项研究开创性地将连续电子转移概念引入机械力催化，突破了压电材料还原能力的理论极限。其重要意义在于：1）首次实现机械力驱动的高电位(-2.8 V)芳基氯活化；2）开发无金属、室温条件的绿色合成平台；3）为药物氘代标记提供新策略。该工作被审稿人评价为"机械氧化还原化学的标志性进展"，为设计新型力化学催化体系提供了范式参考。