login_汇富娱乐「一家高质量的游戏平台」

在自然体系中，细胞色素(su)P450酶(mei)通过(guo)Fe(IV)=O中间体可实现烷的C–H键活化(hua)，但大多最终形成氧化(hua)产(chan)物，如(ru)醇、酮等。这是因为铁(tie)氧物种(zhong)倾向(xiang)于(yu)发生“O-rebound”过程，导致烷基(ji)自由基(ji)迅速被氧(yang)化，难以与其他分(fen)子(zi)偶联形成C–C键。如何利用酶的Fe(IV)=O强攫取烷的氢的能力形成烷基自由基活性中间体，同时不被氧化十分困难，因为“O-rebound”过程的(de)速(su)率常数(shu)通(tong)常大于10¹⁰s^-1。

为突(tu)破(po)这(zhei)一(yi)难题，研究团队借(jie)鉴(jian)P450酶(mei)活性位点(dian)结构和前期仿酶(mei)研究(jiu)的工作（Science, 2021, 374, 77-81），设计了含硫仿生(sheng)配体（BCMOM）与铁配(pei)位形成活(huo)性中心(xin)，可(ke)以显著(zhu)降低高价(jia)铁氧(yang)的(de)电势，从而有(you)效(xiao)抑(yi)制氧(yang)反弹路径，使生成的(de)烷基自由(you)基逃逸并顺利与醌类或杂芳环发生偶(ou)联反应，实现非(fei)氧(yang)化性的(de)C–H官(guan)能团化。

图1. 以烷(wan)为烷(wan)基化试剂的仿生烷(wan)基化反应(ying)过程(cheng)

该(gai)反应体系以过氧化(hua)氢为氧化(hua)剂(ji)，在乙腈/水混(hun)合溶剂中、80 ℃氮气(qi)气(qi)氛下进行，条件(jian)温和。只(zhi)需(xu)2当(dang)量烷即可(ke)实(shi)现与(yu)1,4-萘醌、吡(bi)啶(ding)、喹啉等分(fen)子的高效(xiao)偶联(lian)。利用Fe(IV)=O自由基(ji)阳(yang)离子亲电(dian)性(xing)(xing)特(te)点，选择性(xing)(xing)断(duan)裂惰性(xing)(xing)电(dian)子密(mi)度高的C(sp³)–H键。反(fan)应对底(di)物的适应性广泛(fan)，涵盖了酮类、羧酸、酯、腈、醇(chun)、胺及(ji)多(duo)种(zhong)杂(za)芳环(huan)，且(qie)在多(duo)个药物分(fen)子及(ji)天然产物中(zhong)间(jian)体上表现出良好(hao)的后期(qi)修饰能(neng)力。

图2. 多(duo)种烷(wan)烃底物在1,4-醌C–H键烷基化反(fan)应中(zhong)的(de)适用性展示(shi)

图(tu)3. 含(han)氮杂芳环的烷(wan)基化反应底物(wu)范围

除了实现线(xian)性分子的C–C键构建外，该催化(hua)体系还可用于烷(wan)基胺(an)与1,4-醌(kun)类底物的环化反应(ying)，一(yi)锅(guo)法构建1,2,3,4-四氢喹啉、氮杂蒽酮(tong)等重要杂环(huan)结构。该(gai)类反应中，胺(an)基与醌先发生反应，随(sui)后在(zai)氧化条件下(xia)分子(zi)内发(fa)生碳-碳偶(ou)联，合成(cheng)路线显著(zhu)简化。

图4. 不同胺底物参与1,4-醌类化(hua)合物烷(wan)基化(hua)环(huan)化(hua)反应的应用展(zhan)示

此外，作者(zhe)展示了(le)该体系在多种药物(wu)相关结构中(zhong)的应用，如一步构建(jian)抗乙肝候选药物(wu)结构、Rhinacanthin类(lei)天然产物中间体等，体现出良(liang)好的实际合成价(jia)值。

图5. 以较少步骤(zhou)高效合(he)成已(yi)知重要目(mu)标(biao)分子

该研究(jiu)工作展(zhan)示了一种独特的仿生铁催化体系，不仅实现了对(dui)烷(wan)C–H键(jian)的精(jing)准转(zhuan)化(hua)，还规避(bi)了传统方法中(zhong)对贵(gui)金属、大量底物或苛刻条(tiao)件(jian)的依(yi)赖。其(qi)策略具有良好的扩展性(xing)和实用性(xing)，有望在(zai)药物合成、材料修饰及天然产物衍生化(hua)等(deng)领域得(de)到广泛应(ying)用。该仿生铁催化体系，具有P450酶高效攫取烷碳-氢键(jian)的(de)特性，但(dan)同(tong)时避免了(le)被氧化，为烷实现多样(yang)性的(de)官能(neng)团化反应奠定了(le)基(ji)础(chu)。

这一成(cheng)果(guo)近期发表在Nature Communications 上，南京师(shi)(shi)范大学(xue)(xue)(xue)韩维(wei)教授为论文通(tong)讯作者(zhe)，硕(shuo)士生(sheng)周璐(lu)璐(lu)、蔡恒睿、博(bo)(bo)士生(sheng)谢(xie)东和孙康康博(bo)(bo)士为共同第一作者(zhe)。特别感谢(xie)国(guo)家自然科(ke)学(xue)(xue)(xue)基金委、江苏省青蓝工程(cheng)和南京师(shi)(shi)范大学(xue)(xue)(xue)的经费支持。

文献详情：

Iron-catalyzed aliphatic C–H functionalization to construct carbon–carbon bonds

Lulu Zhou, Hengrui Cai, Dong Xie, Kangkang Sun, Shanmei Zhu, Mengying Guo & Wei Han

Nature Communications , 2025, 16, 4673

//doi.org/10.1038/s41467-025-60010-1

长按(an)扫码，查看原(yuan)文