北理工團(tuán)隊(duì)在光誘導(dǎo)金催化溴代芳烴領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2025-02-10 供稿：材料學(xué)院 武佳文、夏中華 攝影：材料學(xué)院
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近日，北京理工大學(xué)材料學(xué)院夏中華團(tuán)隊(duì)在光誘導(dǎo)金催化領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)工作以“Photosensitized gold-catalyzed cross-couplings of aryl bromides”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《J. Am. Chem. Soc.》上。北京理工大學(xué)材料學(xué)院博士研究生武佳文為共同第一作者，夏中華研究員為本文唯一通訊作者。這是該團(tuán)隊(duì)在光誘導(dǎo)金催化領(lǐng)域的再一次重要進(jìn)展，半年前該團(tuán)隊(duì)在《JACS Au》上已發(fā)表過(guò)重要工作，詳見(jiàn)http://www.bi5hhj3.xyz/xww/xzw/xsjl1/17031dab9f284132942acfa3b8a5dd94.htm。
金催化溴代芳烴的偶聯(lián)反應(yīng)，非常困難。這可以從芳基重氮鹽，碘代芳烴和溴代芳烴的鍵解離能（BDE）和還原電勢(shì)（E1/2 vs SCE）看出來(lái), 溴代芳烴的活性遠(yuǎn)低于芳基重氮鹽與碘代芳烴（圖 1A-i）。對(duì)于金催化溴代芳烴的偶聯(lián)反應(yīng)，目前只有一例報(bào)道，即2017年Bourissou報(bào)道的(P, N)-金催化溴代芳烴與三甲氧基苯的偶聯(lián)反應(yīng)（圖1A-ii）。但是該反應(yīng)有很大的局限性，比如該反應(yīng)芳基溴與金(I)氧化加成形成芳基金(III)配合物的過(guò)程需要過(guò)量的芳基溴和超過(guò)12小時(shí)才能實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化（圖 1A-ii）。密度泛函理論（DFT）計(jì)算證實(shí)，溴苯與金（I）氧化加成的能壘遠(yuǎn)高于碘苯（15.7 kcal/mol vs. 8.2 kcal/mol）。因此，在溫和條件下與芳基溴的金催化偶聯(lián)策略至今仍未實(shí)現(xiàn)。
在之前的一項(xiàng)研究中，我們證明了金(III)的光敏還原消除作用可通過(guò)能量轉(zhuǎn)移（EnT）實(shí)現(xiàn)與芳基碘化物的多種交叉耦合( JACS Au , 2024, 4 , 3084–3093)。在此工作中，我們?cè)谒{(lán)光 LED 的照射下，使用（P，N）-金（I）催化劑和吖啶鹽光催化劑，實(shí)現(xiàn)了芳基溴與羧酸的 C-O 偶聯(lián)（圖 1C）。這種光誘導(dǎo)能量轉(zhuǎn)移機(jī)制使得原本具有挑戰(zhàn)性的金催化芳基溴化物交叉偶聯(lián)成為可能，它也可應(yīng)用于其他偶聯(lián)反應(yīng)，包括 C-C、C-N 和 C-S 鍵的形成。由于金催化劑的生物相容性和溫和的光化學(xué)條件，這種光/金催化方案顯示出促進(jìn)藥物發(fā)現(xiàn)的潛力。通過(guò)基于AlphaScreen 的化學(xué)篩選和反應(yīng)產(chǎn)物的后續(xù)生物學(xué)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了一種新的遠(yuǎn)類(lèi)固醇 X 受體（FXR）激動(dòng)劑，該激動(dòng)劑在肝細(xì)胞中具有強(qiáng)效降脂活性。
圖1. 光誘導(dǎo)金催化的偶聯(lián)反應(yīng)
實(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究表明，這種可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)的金催化芳基溴化物交叉偶聯(lián)涉及兩個(gè)獨(dú)立的光誘導(dǎo)能量轉(zhuǎn)移（EnT）過(guò)程（圖1B）：首先，來(lái)自光敏劑的能量轉(zhuǎn)移（EnT）產(chǎn)生激發(fā)態(tài)金（I）復(fù)合物，從而使芳基溴化物發(fā)生氧化加成，形成芳基金（III）復(fù)合物；其次，芳基金（III）復(fù)合物發(fā)生還原消除，再生出金（I）。
因此，本文開(kāi)發(fā)的新型協(xié)同催化方法凸顯了通過(guò)激發(fā)態(tài)金配合物進(jìn)行光化學(xué)金催化的巨大潛力，并為促進(jìn)藥物發(fā)現(xiàn)提供了有力的工具。
上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。
文章全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c14501
附作者簡(jiǎn)介：
夏中華，北京理工大學(xué)材料學(xué)院特別研究員，博士生導(dǎo)師。中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院碩士，導(dǎo)師朱強(qiáng)；法國(guó)索邦大學(xué)Sorbonne Université博士，導(dǎo)師Louis Fensterbank；日本東京大學(xué)特任研究員Project Researcher，合作導(dǎo)師Shū Kobayashi。研究領(lǐng)域包括金/光催化的新反應(yīng)及其在藥物中的應(yīng)用，合成新型阻燃材料與防污材料及其應(yīng)用等。以第一作者或通訊作者在國(guó)際權(quán)威期刊上發(fā)表了SCI論文多篇，包括Nature Chemistry，J. Am. Chem. Soc.，JACS Au，Chemical Science, Organic Letters等。
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