炔烃作为有机合成中不可或缺的结构单元，在药物、材料和复杂分子的构建中扮演着关键角色。然而，尽管烯烃氢化生成烷烃的反应已经非常成熟，烯烃向炔烃的直接转化却是一个长期未解的挑战。自1861年Markovnikov提出多步卤化-消除路线以来，传统方法通常需要在强碱或高温条件下进行，如使用KOH、NaNH₂等，反应条件剧烈，官能团耐受性差，难以应用于复杂分子的后期修饰。此外，烯烃脱氢在热力学上极为不利，且需要选择性活化更强的烯基C–H键而非较弱的烯丙基C–H键，这使得该转化更加困难。因此，发展一种温和、高效、官能团兼容性强的烯烃直接脱氢成炔方法，一直是合成化学中的“圣杯”之一。
鉴于此，北京大学焦宁教授开创了一种基于硒蒽（selenanthrene）试剂的新型烯烃脱氢平台，首次实现了在温和条件下将烯烃直接转化为炔烃。该试剂通过调控硒的氧化状态，实现对烯烃的高选择性加成-消除循环，具备优异的官能团耐受性和广泛的底物适用性。该方法不仅适用于E-烯烃、Z-烯烃和末端烯烃，还能实现烯烃构型的反转与分离，解决了传统方法无法处理的难题。此外，硒试剂可回收再利用，展现了良好的可持续性和实用潜力。相关研究成果以题为“Direct conversion from alkenes to alkynes”发表在最新一期《nature》上。
反应开发
研究团队在前期对烯烃氧化反应的研究基础上，设计并合成了硒蒽试剂（S1），并通过单步反应实现百克级规模制备（图1b）。该试剂经氧化得到5-氧硒蒽（S2），在Tf₂O存在下生成高亲电活性物种，可在35 °C下与烯烃反应生成炔烃（图1c）。研究对比了两种反应条件：条件A适用于对氧化敏感或易发生氢提取的底物，条件B则更适用于复杂分子。与硫蒽相比，硒试剂显著提高了炔烃的选择性，避免了共轭二烯副产物的生成（图1c，entries 3–5）。碱的选择也显著影响反应路径，Cs₂CO₃、Et₃N等有利于炔烃生成，而吡啶则倾向于生成二烯。
图 1 | 反应设计与条件
底物范围
该方法展现出极佳的底物普适性，能够兼容传统方法难以耐受的官能团，包括烷基氯（7）、溴（8）、对甲苯磺酸酯（9）、Fmoc（15）、三氟乙酸酯（10）、三氟乙酰胺（17）以及环氧化物（44）（图2a）。此外，反应对羧酸（5）、胺（13）、酰胺（20, 21）、叠氮（22）、醛（24）和炔烃（25）等敏感基团也表现出良好耐受性。值得注意的是，电子贫乏的烯烃更易生成共轭二烯（34），提示反应路径与碱介导的烯丙基质子消除密切相关。对于Z-烯烃和末端烯烃，只需更换为NaOH或KO'Bu即可顺利转化（图2b, 2c）。Z/E混合烯烃亦可高效转化为炔烃，拓展了传统方法无法实现的底物范围。
图 2 | 底物
合成应用
该方法在复杂分子的后期修饰中展现出巨大潜力。研究团队成功将其应用于含多个烯烃的天然产物（46）、烯酮（48）、不饱和酯（49）和可氧化的硫醚（50）等底物中，均实现高效转化（图3a）。在含氮杂环如吡啶、嘧啶、噻唑的达沙替尼衍生物（51）和含肽键的环肽（52）中，反应同样顺利进行。此外，结合烷烃脱氢策略（图3b），研究实现了从烷烃到烯烃再到炔烃的两步转化，极大拓展了底物来源。更重要的是，该平台还实现了烯烃构型的反转（图3c）和Z/E混合物的选择性分离（图3e, 3f），为解决传统方法无法处理的构型异构问题提供了新思路。
图 3 | 合成应用
机理研究
通过NMR和X射线晶体学，研究团队成功表征了反应中的关键中间体，包括硒蒽二聚体阳离子（60）和自由基阳离子（61）（扩展数据图5）。自由基钟实验排除了自由基机理的可能性（图4b），支持[4+2]环加成机制。研究发现，硒试剂相较于硫试剂更不易发生烯丙基消除，从而更有利于炔烃生成（图4c）。最终提出了一个统一的反应机制：活性物种与烯烃发生环加成生成单加成中间体（65），随后经碱促进的两次消除生成炔烃，并再生硒蒽（S1），实现试剂循环（图4d）。
图 4 | 机理研究
扩展数据图 5
总结与展望
焦宁教授团队开发的这一种基于硒蒽试剂的温和、高效、可回收的烯烃直接脱氢成炔新方法，解决了这一百年合成难题。该方法不仅具备广泛的底物普适性和官能团耐受性，还可实现烯烃构型的反转与选择性分离，展现出超越传统方法的合成潜力。未来，该平台有望在药物发现、天然产物修饰和功能材料合成中发挥重要作用，推动炔烃作为多功能中间体的更广泛应用。研究团队已就此技术申请专利，为实现工业化应用奠定基础。
辉煌优配吧提示：文章来自网络，不代表本站观点。
相关文章
推荐资讯