第一作者：孙凯
通讯作者：陈晓岚，余斌，於兵
通讯单位：郑州大学化学学院
论文DOI：10.1038/s41467-024-54079-3
在光催化领域，芳基噻蒽鎓盐因其在合成化学和材料科学中的重要性而受到广泛关注。然而，传统的催化方法通常依赖于外部电子供体来激活其反应，为了解决这一限制，该研究中提出了一种创新的能量转移（EnT）策略，结合无金属光催化剂2,3,4,5,6-五-(9H-咔唑-9基)苯甲腈（5CzBN），成功实现了芳基噻蒽鎓盐的高效活化，从而消除了对外部电子供体的依赖。在可见光照射下，郑州大学陈晓岚/余斌/於兵研究团队巧妙地使用CDCl3作为氘源，顺利实现了芳烃的C–H氘代反应，合成了多种氘代芳香化合物。这一过程不仅展现了氘原子的高效、选择性引入能力，还为天然产物和药物分子的修饰提供了新颖的方法。此外，该策略还扩展了催化的广度，支持多种功能化反应，包括硼化、芳基化、氰化和硒化等，显著提升了芳基噻蒽鎓盐在光催化应用中的潜力，为芳基噻蒽鎓盐的光催化反应开辟了新的思路。自Meerwein反应问世以来，芳基自由基作为有机合成中的关键中间体，在复杂天然产物、药物和先进功能材料的构建中发挥着举足轻重的作用。传统的芳基自由基生成方法依赖于化学试剂的计量使用，例如通过AIBN/n-Bu3SnH处理芳基卤化物或使用过渡金属还原剂还原重氮盐。然而，这些方法常面临苛刻的反应条件和繁琐的产物纯化步骤等挑战。近年来，可见光介导的光催化技术为有机合成带来了革命性的变革，能够在温和条件下生成反应性开壳层物种，作为化学键形成的重要中间体。其中，芳基噻蒽鎓盐因其优异的稳定性、易处理性以及无需复杂分离的优势而备受关注。然而光催化活化芳基噻蒽鎓盐的当前研究主要集中于单电子转移（SET）机制或电子供体-受体（EDA）复合物，依赖于化学计量的电子供体。因此，开发新策略避免化学计量的电子供体的使用具有重要的科学意义和应用潜力。![]()
图1：芳基噻蒽鎓盐的光催化活化反应机制
该研究利用能量转移（EnT）策略，结合无金属光催化剂2,3,4,5,6-五-(9H-咔唑-9基)苯甲腈（5CzBN），成功实现了芳基噻蒽鎓盐的高效活化，从而消除对外部电子供体的依赖。![]()
图2：该研究发展的能量转移策略活化芳基噻蒽鎓盐
研究显示，来自简单联苯的多种噻蒽鎓盐在温和反应条件下均适合用于氘化反应，生成了多种具有不同官能团的氘化产物，收率在63%至91%之间，氘的引入率超过99%。该方法能够在联苯的2位或3位引入氘，且对芳香醚和酯化合物也表现出良好的适用性。尽管某些含杂环的底物如呋喃和苯并呋喃不适合该反应，其他天然产物衍生物如L-薄荷醇和香芹醇等则显示出良好的反应性。规模放大实验结果表明，产物的收率也保持在可接受范围，例如产物2和9收率分别为71%和61%。此外，研究发现反应浓度、氧气水平和光强度是影响反应重现性的关键因素。![]()
图3：反应的底物范围
此外，该研究成功实现了多种复杂药物的后期修饰，包括降脂药物Fenofibrate和注意力缺陷多动障碍药物(R)-Tomoxetine等，展示了该方法的广泛应用潜力，不仅推动了药物化学的发展，也为新药的研发提供了重要的技术支持。![]()
图4：药物结构后修饰
该研究开发的能量转移新策略还可以成功应用于芳香噻蒽鎓盐的硼酯化、氰化、芳基化以及硒氰化反应，表明该能量转移策略在化学合成中的强大应用潜力。此外，瞬态吸收实验为能量转移机制提供了直接有效的证据。反应的动力学同位素效应（KIE）实验表明，反应的决速步与CDCl3中的C-D键断裂相关。总体而言，郑州大学陈晓岚/余斌/於兵团队成功开发了一种基于可见光诱导的5CzBN催化能量转移（EnT）策略用于活化芳香噻蒽鎓盐。这一无金属催化的光催化方法，利用CDCl3作为氘源，实现了芳香噻蒽鎓盐的氘化反应，且无需依赖外部供体，从而简化了反应体系和操作流程。该方法展现出了卓越的底物兼容性，包括重要天然产物和药物在内的多种化合物均可发生氘代反应。该EnT策略还适用于芳香噻蒽鎓盐的其他转化反应，包括硼酯化、芳基化、氰化和硒氰化等。这些应用不仅丰富了芳香噻蒽鎓盐的化学反应，还为芳环H/D交换提供了新的思路和方法。Sun, K., Ge, C., Chen, X., Yu, B., Qu, L., Yu, B.
Energy-transfer-enabled photocatalytic transformations of aryl thianthrenium
salts. Nat. Commun. 2024, 15 , 9693. DOI:
10.1038/s41467-024-54079-3.陈晓岚：郑州大学二级教授，博士生导师，河南省高等学校教学名师；中国化学会磷化学专业委员会委员，河南省化学会理事，河南省高层次人才。主要从事有机磷化学研究、药物化学、化学生物学等方面研究，在有机合成新方法、绿色有机合成、绿色催化、可见光催化、有机磷化学等研究领域取得了突出的研究成果，探索和开辟了系列构建C-P键，C-C键，C-S键，C-N键，C-O键的新型有机合成新方法。主持完成国家自然科学基金项目与国家级教学项目多项，获得河南省杰出青年基金、河南省科技创新人才计划、郑州市科技领军人才等人才项目资助；获得河南省自然科学优秀学术论文奖多项。主编“十三五”国家重点图书出版规划教材2部，在Nat. Commun.，J.
Am. Chem. Soc., Chem. Sci., ACS Catal., Green Chem.等国内外知名SCI期刊150余篇。余斌：郑州大学学科特聘教授，博士生导师，研究方向：新药创制。入选教育部青年长江学者、河南省高层次人才、“中原英才计划”青年拔尖人才、河南省优青、河南省高校科技创新人才、全球前2%顶尖科学家等；主持国家自然科学基金4项、科技部科技创新2030重大专项子课题1项和科技部政府间国际科技创新合作重点专项1项（项目骨干）；主编Elsevier出版社英文学术专著2部，参编Elsevier和Springer
Nature出版社英文学术专著5部，参编“十四五”国家级规划教材1部；在Signal Transduct Target Ther、J Hematol Oncol、Acta Pharm Sin B、 J Med Chem等国内外权威期刊发表系列学术论文；担任国际药物化学领域权威期刊J
Med Chem及基金委主办期刊Fundamental Res首届青年编委，Med Res Rev及《中国药物化学杂志》编委、Faculty Opinion （原F1000 Prime）Faculty Member，Curr Med Chem 编辑及《药学学报》（中英文版）、《中国化学快报》、《中国天然药物》、《药学进展》等期刊青年编委，国内外权威学术期刊Drug Discov Today、Eur J Med Chem、Pharmacol Res等执行客座编辑；担任英国皇家化学会会员、全国卫生产业企业管理协会精准医疗分会理事、中国药学会药物化学专业委员会青年委员、河南省药学会药物化学专业委员会常务委员。於兵：郑州大学教授，博士生导师，中国化学会高级会员；主要从事绿色有机合成化学，光催化有机合成方面研究；主持国家自然科学基金、河南省优秀青年基金、河南省科技研发计划联合基金重点项目、河南省高校科技创新人才计划等项目；在J. Am. Chem. Soc.、Nat. Commun.、中国化学快报、催化学报等国内外期刊上发表SCI论文100余篇；担任《中国化学快报》、《有机化学》、《合成化学》等学术期刊的青年编委；获中国化学快报学术新星奖、Thieme Chemistry Journals Award国际学术奖、2020-2024连续入选斯坦福大学全球前2%顶尖科学家榜单。
