光催化还原硼化、磷酰化、硫化和硒化芳基碘化物构建C-B/P/S/Se键的通用策略

本研究开发了一种无金属/光催化剂的光诱导自由基反应体系，以HCO2Na为还原剂，实现了芳基碘化物与B2pin2、P(OEt)3、(RS)2或(RSe)2的高效偶联，可规模化合成药用分子衍生的芳基硼酸酯、磷酸酯、硫醚和硒醚，为C-杂原子键构建提供了绿色新途径。

　　

在有机合成化学领域，碳-杂原子键的构建一直是药物开发和功能材料制备的核心挑战。传统过渡金属催化体系存在重金属残留、配体复杂、底物局限性大等问题，特别是对于含硫、硒等杂原子的芳基化合物合成，往往需要苛刻条件或昂贵催化剂。如何实现温和条件下多类型C-杂原子键的高效构建，成为困扰研究人员的难题。

针对这一科学问题，研究人员在《Asian Journal of Organic Chemistry》发表了一项突破性研究。该工作创新性地采用光催化还原策略，仅以廉价易得的甲酸钠(HCO₂Na)为还原剂，在可见光照射下实现了芳基碘化物的通用性转化。通过精准调控反应体系，成功建立了涵盖硼化(borylation)、磷酰化(phosphonation)、硫化(sulfurization)和硒化(selenization)的四类反应模式，为结构多样的芳基硼酸酯、磷酸酯、硫醚和硒醚化合物库的构建提供了"一锅法"解决方案。

研究团队运用三大关键技术：1）光诱导电子转移(PET)技术驱动自由基链式反应；2）无外源光催化剂体系设计；3）克级规模放大实验验证。实验结果显示，该体系对药物分子骨架（如扑热息痛衍生物）和杂环体系（吡啶、噻吩等）均展现优异兼容性，最高获得92%分离收率。机理研究表明，甲酸钠在光照下生成的CO₂^•?自由基阴离子是关键活性中间体，可高效引发芳基碘化物的单电子还原形成芳基自由基，进而与各类杂原子试剂发生选择性偶联。

研究结果部分：

1. 底物适用范围考察：对位/间位取代的碘苯（含电子给体/吸电子基）、稠环芳烃（萘、蒽）、氮/氧杂环（吡啶、喹啉、苯并呋喃）等28种底物均成功转化，证明反应对分子复杂度的强耐受性。

2. 药物分子衍生化：以抗炎药布洛芬、抗生素氯霉素的碘代衍生物为底物，高效获得相应硼酸酯和硫醚产物，为药物结构修饰提供新工具。

3. 机理验证实验：通过自由基捕获实验、EPR检测和动力学同位素效应研究，证实反应经历自由基途径，排除了传统SNAr机理的可能性。

该研究的创新性在于首次实现了四类C-杂原子键构建反应的统一催化体系，其无金属参与、操作简便、可规模化生产的特点，显著提升了合成效率。所获芳基硒醚化合物在抗癌药物开发中具有特殊价值，而芳基硼酸酯则是Suzuki偶联反应的重要前体。这项工作不仅为绿色化学合成提供了新范式，更为药物发现和材料科学领域的分子设计开辟了更广阔的空间。