中国科学技术大学化学与材料科学学院黄汉民教授团队在惰性双C-H键活化领域取得新进展。研究团队通过自由基-过渡金属接力活化C-H键的策略，利用CO对烷基钯的选择性插入对烯丙基自由基进行分选，实现了位点选择性的双C-H键活化，并在此基础上建立了烯烃与亚胺的羰化-环加成反应，为烯基取代的β-内酰胺的合成提供了全新的路径。相关成果以“Site-Selective Carbonylative Cyclization with Two Allylic C−H Bonds Enabled by Radical Differentiation”为题发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc）。
图.烯烃选择性双C(sp3)-H键活化
惰性C-H键的活化及其定向转化是有机合成化学和催化化学的重要研究领域，被誉为有机合成化学研究的圣杯。在过去几十年间，科学家们通过建立多种活化策略、发展高效催化体系，在活化单根C-H键的研究中取得了重要进展。然而，同时实现多根C-H键的选择性活化及其定向转化却极具挑战性，目前仍鲜有报道。围绕上述挑战，该团队利用他们早期发展的自由基-金属接力活化C-H键的策略（J. Am. Chem. Soc.2012,134, 9902），结合烯酮活性中间体的生成过程，在2023年实现了甲苯等烷基芳烃的双C(sp3)-H键活化（J. Am. Chem. Soc.2023,145, 4982）。
烯烃作为廉价的大宗化工产品，广泛应用于化学、医药、高分子合成等领域。考虑到烯烃中通常含有多根C(sp3)-H键，选择性实现其中某两根C-H键的活化显得极为困难。针对这一挑战，该研究团队巧妙地利用CO插入烯丙基金属物种这一基元步骤对空间位阻的敏感性，通过羰基化过程实现了多种烯丙基自由基的有效识别与分选。同时，利用CO插入形成的酰基金属物种具有显著增强的α-C-H酸性这一特点，该团队成功实现了高位点选择性的双烯丙位C(sp3)-H键活化，建立了烯烃与亚胺的羰化-环加成反应，实现烯基取代的β-内酰胺骨架的构建。上述研究不仅为惰性双C-H键活化提供了全新的策略，同时也为广泛存在的β-内酰胺类药物分子的合成开辟了新路径。例如，利用简单烯烃作为原料，经3步便能合成抗肿瘤试剂，充分体现了该反应的实用价值。
中国科学技术大学丁永正（特任副研究员）为该论文第一作者，黄汉民教授为该论文的通讯作者。本工作得到了科技部重点研发计划催化专项，国家自然科学基金委杰出青年基金和中国科学院战略性先导等项目支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05360
（化学院、精准智能化学重点实验室、科研部）