近日，中科院上海有机所的刘国生课题组在有机分子精准转化领域取得突破。他们与香港科技大学林振阳课题组合作，通过实验和理论计算相结合，揭示了金属调控氮自由基选择性攫氢的新机制。10月24日，这项成果“Site-specific allylic C–H bond functionalization with a copper-bound N-centred radical”在线发表于Nature期刊（DOI: 10.1038/s41586-019-1655-8）。 

　　碳氢键活化是有机化学的圣杯，而基于碳氢键活化的有机分子精准转化则是圣杯中的明珠，一直备受合成化学家关注。自由基的氢原子转移（HAT）策略是实现碳氢键官能团化一种有效途径，得到广泛的研究。然而，为了实现有机分子的精准转化，有两个关键的科学问题亟待解决：（1）如何实现有机分子中碳氢键的自由基选择性攫氢？以往研究是基于有机分子中具有显著差异的碳氢键来进行的，而结构相似的碳氢键很难实现选择性攫氢；（2）如何控制攫氢后的碳自由基的不对称转化？由于自由基的高活性，其不对称转化的控制非常困难。 

　　为了探索碳氢键的精准转化，刘国生课题组早在2016年就与美国威斯康欣大学教授Shannon S. Stahl合作提出了铜催化自由基接力的新概念，实现了苄位C-H键的不对称氰化反应，揭示了手性的两价铜氰物种可以有效地捕捉苄位自由基，以非常高效、高对映体选择地得到手性腈类化合物（Science, 2016, 353, 1014-1018, DOI: 10.1126/science.aaf7783）。无论是天然药物还是合成产物，其中生物活性分子往往存在多个烯烃键，导致自由基置换氢原子面临选择性问题。 

　　这次研究在前期基础上，首次发现金属铜催化剂可以与含磺酰胺的氮自由基发生配位，由此来调节氮自由基的攫氢能力和选择性，实现了高位点选择性的烯丙位碳氢键的攫氢反应（site-specific HAT）；并从理论计算角度阐述了金属调控氮自由基选择性攫氢的新机制。 

　　“这一发现为后期研究碳氢键的选择性转化提供了全新的思路。”刘国生表示，更令人欣喜的是，自由基攫氢所得的烯丙位自由基也可以被体系中的手性铜氰物种所捕捉，同样以高区域、高对映体选择性得到单一的手性氰化产物，从而实现了复杂烯烃分子的精准转化。 

　　烯丙位碳氢键的精准转化 

　　（来源：中国科学院上海有机化学研究所）