本报讯（记者朱汉斌 通讯员朱嘉豪）中山大学化学学院教授胡鹏团队报告了一种光催化分子间自由基采样方法，在惰性的C-H（碳-氢）键的化学转化层面实现了“百步穿杨”“精确制导”。他们提出的转化方式条件简单、环境友好，能减少反应步骤，不仅可以生成附加值更高的精细化学品，还可以用于生物活性分子的快速精准后期修饰。近日，相关成果发表于《科学》。
在一个有机分子中，C-H键是基本的结构单元。若能选择性地对某一个位置上的C-H键进行活化，不仅能极大减少反应过程中的非必要废弃物，还能高效地将烷烃等大宗石油化工原料转化成附加值更高的精细化学品。这个问题一直是有机化学中的难题，被誉为有机化学的“圣杯”。
对于直链烷烃来说，其各个C-H键之间的化学性质十分相似，且都为惰性。使用低活性的试剂无法活化烷烃，而使用高活性的试剂可能会同时“唤醒”所有C-H键。“目前，直接对惰性烷烃进行选择性改性仍是一个巨大挑战，只有少数使用贵金属催化剂的开创性研究取得了成功。”论文通讯作者胡鹏表示。
通过多次实验，研究团队探索出一种新的反应模式。机理研究表明，这种反应可以发生可逆的氢原子转移过程。“我们先对C-H键进行无差别活化，生成各类自由基中间体后，再通过反应试剂的位阻效应，选择性识别特定的自由基并进行反应，其他未反应的自由基则重新变回烷烃原料。这种新方法大大降低了C-H键选择性官能团化的难度。”胡鹏说。
在该研究中，研究人员使用了多种化合物进行实验，包括简单烷烃。在生活中应用广泛的汽油的主要成分也是简单烷烃。他们通过对烷烃C-H键的选择性硼基化，将汽油变成了易于反应的精细化学品，使它不仅仅作为燃料简单使用。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1126/science.adj9258
《中国科学报》 (2024-02-09 第1版 要闻)
