氧化还原中性光催化芳基烯烃的氢脱烯基化：选择性C(sp2)-C(sp3)键断裂新策略

本研究通过光氧化还原催化实现了芳基烯烃中非极性C(sp2)-C(sp3)键的选择性断裂，开发了一种氧化还原中性的氢脱烯基化反应。研究人员采用芳基自由基阳离子介导的级联开壳反应路径，结合烯烃迁移步骤，成功解决了传统方法难以选择性断裂惰性σ键的难题。该工作发表于《Nature Communications》，为碳碳键编辑提供了新工具，在复杂分子修饰和生物质转化领域具有重要应用价值。

　　

碳碳键的精准断裂一直是合成化学领域的圣杯。尽管C=C双键的氧化断裂已较为成熟，但非极性C(sp²)-C(sp³)单键的选择性断裂仍面临巨大挑战——这类键不仅键能高，而且在分子中往往存在多个相似键位，如何实现"分子手术刀"般的精准切割成为关键科学问题。传统过渡金属催化的方法通常需要强氧化条件，且难以控制反应位点选择性。

针对这一难题，由香港科技大学和南方科技大学组成的研究团队在《Nature Communications》发表了创新性解决方案。他们开发了一种光氧化还原催化的氢脱烯基化反应，通过精巧设计的反应机制，实现了芳基烯烃中C(芳基)-C(烯基)键的选择性断裂。该工作的核心突破在于利用芳基自由基阳离子介导的级联反应路径，将看似简单的断键过程转化为包含单电子氧化(SEO)、质子耦合电子转移(PCET)、氢原子转移(HAT)等多步协同的精密过程。

研究团队主要采用了以下关键技术：1) Fukuzumi/Nicewicz吖啶盐类光催化剂(PC-1)介导的单电子氧化；2) 五氟苯硫酚(HAT-3)作为氢原子转移试剂；3) 水介导的β-断裂过程；4) 连续流动微流控芯片技术加速反应。通过系统优化，团队建立了标准反应条件：2.5 mol% PC-1催化剂，440 nm LED光源，乙腈/水混合溶剂，40°C反应温度。

反应优化

通过对比不同HAT试剂发现，五氟苯硫酚(HAT-3)效果最佳，可将1-烯丙基-4-叔丁基苯(1a)转化为脱烯基产物2，收率达93%（表1）。关键控制实验证实水、光和催化剂缺一不可，D₂O同位素标记实验支持了烯烃迁移机制。

底物范围

该方法展现出优异的普适性（图2），能耐受噻吩、二苯并呋喃等杂环体系，兼容酯基、缩酮等敏感基团。特别值得注意的是，含支链苄位的底物能选择性地生成仲烷基自由基产物(2w-2ad)，而电子效应可精确调控断键位点——富电子芳基侧的C(sp²)-C(sp³)键优先断裂(2ae-2ah)。

机理研究

光开关实验排除了自由基链机制（图4A），Stern-Volmer淬灭实验证实烯烃是光催化剂的主要淬灭剂。关键中间体4a'和4a-OH的捕获验证了反应历经芳基自由基阳离子生成、烯烃迁移、水合和β-断裂的级联路径（图4E）。对于非迁移型底物(4b-4c)，通过引入额外甲基提高烯烃氧化电势，成功恢复了反应活性(4c-4h)。

合成应用

该方法实现了多米诺双键断裂（图5A），能解构环内烯烃骨架（图5B）。微流控技术将反应时间从15小时缩短至70分钟，收率提升至86%（图5C）。通过Wittig/脱烯基化迭代，建立了无需强酸条件的碳链同系化新策略（图5D）。

这项研究开创性地将光催化与迁移策略结合，解决了惰性σ键选择性断裂的世纪难题。其氧化还原中性的特性避免了传统方法的强氧化条件，水作为唯一氧化剂的参与更符合绿色化学原则。通过精确调控电子效应和空间位阻，实现了对分子骨架的"编程式编辑"，为复杂天然产物修饰和功能材料开发提供了新思路。特别值得关注的是，该方法能选择性地将烯烃转化为醛类，与传统氧化断裂主要生成酮类产物的特性形成互补，拓展了合成化学的工具箱。未来，这一策略有望应用于生物活性分子的后期修饰和¹⁸O标记化合物的合成等领域。