新国大苏研院吴杰团队研究成果在国际顶尖期刊《自然》子刊杂志发表

新加坡国立大学苏州研究院（以下简称“新国大苏研院”）吴杰团队在国际顶尖学术期刊《自然•通讯》（《Nature Communications》）上发表最新研究成果。该成果提供了一种新颖的烷烃碳氢键和脂肪醛碳氢键的直接烯基化策略，可以将丰富廉价的化工原料转变为高附加值的烯烃产物。这一策略也适用于复杂分子的后期修饰，可以选择性地在药物分子和天然产物骨架中引入碳碳双键官能团，避免了从头设计合成路线，显著提高了分子合成的经济性，有望在药物结构优化、天然产物合成等领域发挥重要作用。

碳氢键是一类基本的化学键，存在于几乎所有的有机化合物中。碳氢键的键能非常高，碳元素与氢元素的电负性又很接近，因而碳氢键的极性很小，这些因素使得碳氢键非常惰性，在温和条件下将碳氢键选择性催化活化、构建其它含碳化学键存在热力学和动力学的双重挑战，是化学研究的一个基本问题，也是制约分子合成和制备获得重大突破的瓶颈问题。而烯烃是有机化学中极其重要的一类分子，因为它们有丰富的反应性、可以转变为多种官能团。以廉价丰富的烯烃为原料，直接将碳氢键烯基化是一种原子经济、步骤经济的烯烃合成策略，也是一种很有吸引力的分子修饰策略。

经过数十年的发展，过渡金属催化的芳烃和杂芳烃碳氢键的烯基化已经较为成熟，但是烷烃和醛碳氢键的烯基化至今仍充满挑战，存在需要导向基团、使用贵金属和当量氧化剂、需要大过量的碳氢底物等问题（图1a, b）。为解决这一难题，吴杰团队提出利用氢原子转移催化与钴催化的协同策略（图1c），实现简单烷烃、脂肪醛和复杂药物分子碳氢键的选择性直接烯基化（图2）。

图1 烷烃和醛的碳氢键烯基化策略

图2 反应条件与代表性产物

该研究提供了一种高效简洁的烷烃碳氢键和脂肪醛碳氢键的直接烯基化策略，反应无需导向基团、无需外源氧化剂、反应条件温和、官能团兼容性好、具有高度的区域选择性和反式烯烃选择性、且使用一当量碳氢底物。这一反应体系可以应用于烯烃合成、药物后期修饰、天然产物合成。此外，这是第一例利用氢原子转移催化与钴催化的脱氢偶联协同作用实现碳氢键的活化并构筑碳碳键的报道，这也为高效选择性碳氢活化提供了新的思路。

新国大苏研院的科研工作聚焦前沿技术，与产业发展强关联，与苏州工业园区及地方科技深融入，开展原创性、应用性研究，已建立“环境与能源纳米科技、智慧医疗科技、大健康食品科技”三大卓越研究中心，旨在通过产业化用科技赋能区域创新升级。目前，研究院承担各项科研项目100余项，在国际著名期刊发表了700余篇有影响力的科研论文，其中1篇发表在Nature母刊，7篇发表在Nature子刊。

【专家简介】

吴杰博士是新国大苏研院研究员，其领导的研究小组已承担国家自然科学基金的多项研究项目。吴杰博士课题组从事流动合成、光催化有机反应、合成自动化和绿色化学等领域的研究，在利用廉价易得的气体和C-H, Si-H底物光照合成高附加值化学品中取得了突破性的进展。于不到五年的课题组创立期间，先后在JACS, ACIE, CHEM, Nat. Commun.等国际一流期刊上发表论文30余篇，授权发明专利3项。吴杰博士曾获The CSJ Distinguished Lectureship Award(2020), Thieme Chemistry Journal Award(2019), NUS Chemistry Department Young Chemist Award(2018), Asian Core Program Lectureship Award(2017-2019)。