点击反应具有快速、高产、高选择性偶联两个反应伙伴的特点,是一种强大的合成工具,但很少是可逆的。能以精确和按需方式逆转这种偶联的创新策略,实现点击-剪辑序列,将极大扩展该技术的用途。
2024年9月19日, 张希 院士、清华大学化学系 徐江飞 副研究员团队在Science期刊发表题为“Radical-mediated click-clip reactions”的研究论文,团队成员 赵健韬 为论文第一作者, 徐江飞 副研究员为论文通讯作者。
徐江飞 ,清华大学化学系副研究员,万人计划青年拔尖人才,专注于功能超分子组装、超分子聚合物等研究;2009年本科毕业于北京师范大学化学学院;2014年博士毕业于中国科学院理化技术研究所,导师:杨清正 研究员;2014-2016年于清华大学化学系高分子化学与物理研究所从事博士后研究,合作导师: 张希 院士;2016年7月加入清华大学化学系历任助理研究员/副研究员。
该研究通过操纵硫亚胺键,展示了一种点击和剪切反应对。吩噻嗪和胺通过与N-溴代琥珀酰亚胺形成氧化硫亚胺键而快速定量偶联,随后通过在380nm波长下进行光还原,将生成的硫亚胺溴化物定量还原为吩噻嗪和胺。该方案能够制备可解聚的大分子,并对氨基糖进行可逆修饰,展示了在复杂体系中操纵硫亚胺键的高选择性和高效率。
DOI:10.1126/science.adn2259
点击和剪切过程是一对单独的反应,都具有高产率和高动力学特性。研究人员设计了自由基介导的多步反应,该这种反应中,底物通过外部试剂或催化剂连续地转移到自由基上进行偶联,而形成的键可以被裂解成自由基,进一步解耦回原始组分。
因此,该研究报道了在氧化和还原条件下,吩噻嗪类化合物与胺类化合物之间的点击剪切反应,包括分别形成和裂解硫亚胺键。吩噻嗪类化合物是一类杂环化合物,其蒽支架的第9位和第10位被氮原子和硫原子取代。吩噻嗪和胺可以通过氧化点击反应快速定量地生成硫亚胺,其中吩噻嗪自由基阳离子通过氧化生成,随后与胺偶联。硫亚胺可以通过光诱导剪切反应精确解偶,在该反应中,硫亚胺键的光诱导均裂生成一对自由基,随后还原生成吩噻嗪和胺。
图3. 参与氧化点击反应的PTZ1·+和PTZ12+中间体的鉴定
总之,该研究代表了由自由基介导的点击-剪切反应的概念证明。吩噻嗪和胺之间的氧化点击反应具有定量、快速、条件温和、范围广泛等特点。此外,作为点击产物的硫亚胺可以通过光还原剪切反应裂解,以可控的方式再生出吩噻嗪和胺。吩噻嗪自由基阳离子在这些单击剪切反应中的作用至关重要。该自由基的反应性是快速和高手偶率转化的原因,但其持久性使反应具有良好的稳健性和兼容性。持久性自由基在开发点击剪切反应方面的潜力值得进一步探索。
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