近期，武汉大学高等研究院、化学与分子科学学院和电气工程与自动化学院电网环境保护国家重点实验室雷爱文教授团队在Nature Chemistry期刊上在线发表了题为“Radical-triggered translocation of C–C double bond and functional group”的研究论文。该研究提出了一种自由基介导的官能团互换反应模式。该模式通过自由基引发，协同分子内官能团的热力学重排，结合钴催化促进的碳氢去饱和，实现了远程官能团与双键的精准互换。这一研究不仅为分子编辑提供了全新的概念，还为金属催化的自由基接力与官能团互换结合提供了新的思路，并有望在医药分子合成及精细化工领域开辟新的应用前景。高等研究院博士后王盛淳、化学院博士生罗旭和科研助理王元为该论文第一作者，雷爱文教授、易红研究员和戚孝天教授为通讯作者。

       烯烃的官能团互换反应是有机化学中最基本的反应之一，如2005年诺贝尔化学奖获奖的烯烃复分解反应，以及近年来发展迅速的穿梭反应。另一方面，随着自由基化学的进步，烯烃的双官能团化也被广泛应用于精细化工和医药化工领域。基于此，作者设想开发一种新的反应模式，能够在实现烯烃官能团互换的同时，实现双官能团化，且在双官能团化过程中生成新的双键。该反应模式不仅提升了分子的复杂性，同时保留了新的双键，为后续衍生化反应提供了潜力。然而，该模式面临多个难点：其一，烯烃双官能团化过程中，容易出现原子转移自由基聚合或烯丙位官能团化等副反应；其二，远端C(sp3)-H键能较高，反应发生难度大；其三，反应的位点选择性难以精准控制。

图1 烯烃互换的不同策略与自由基介导官能团互换反应设计思路

       基于前期工作基础(Nature Catalysis, 2022, 5, 642; Nature Synthesis, 2023, 2, 1202.)，雷爱文团队通过整合分子间自由基加成、分子内官能团迁移和钴促进远程C(sp³)-H去饱和反应，成功实现了这一创新策略。通过对反应体系进行系列优化，巧妙利用动力学控制避免了副反应的发生，并实现了高精度的位点选择性控制。该策略的进一步研究表明，它不仅能实现苯甲酰氧基、乙酰氧基、醛基、杂芳基和氰基的迁移，还具有优异的位点选择性和E/Z选择性。此外，底物适用性研究表明，该反应体系兼容多种亲电性自由基，包括全氟烷基、二氟烷基和磺酰基等，并能够兼容含有生物活性分子的骨架。

       据悉，相关工作得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金面上项目、武汉市自然科学基金和博士后面上项目的资助。

       论文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-024-01633-7