導(dǎo)讀

近日，天津大學(xué)/中國科學(xué)院大學(xué)黃輝教授課題組（）報道了鎳電催化芳基砜化物與芳基碘化物之間的交叉親電C(sp2)?C(sp2)偶聯(lián)，結(jié)合實驗表征與理論計算提出了順序氧化加成機制，在溫和條件下成功合成了一批具有重要應(yīng)用價值的聯(lián)芳基藥物及熒光分子，也是首次利用電化學(xué)還原機理制備出了可溶的高分子量的低分散度的共軛高分子聚合物（圖1）。相關(guān)研究成果以題為“General and Selective Nickel-Electrocatalyzed Cross-Electrophile C*(sp2)–C(sp2) Coupling”發(fā)表在國際知名期刊PNAS上。

圖1.高選擇性的鎳電催化交叉親電C(sp2)?C(sp2)偶聯(lián)

正文

（雜）雙芳基結(jié)構(gòu)廣泛存在各種藥物、天然產(chǎn)品、配體和功能有機材料中。通過過渡金屬催化親電試劑與親核試劑構(gòu)建C(sp2)?C(sp2)鍵已經(jīng)成為合成（雜）雙芳基結(jié)構(gòu)的重要方法，然而這些芳基金屬類親核試劑通常是由相應(yīng)的親電試劑芳基鹵化物制備而成，而且大多對水敏感、偶聯(lián)反應(yīng)需要在惰性氣體中進行。因此，兩種親電試劑的交叉親電偶聯(lián)（XEC）近年來備受關(guān)注并取得了顯著進展，比如通過基于金屬單質(zhì)還原的雙金屬催化交叉親電偶聯(lián)，以及光誘導(dǎo)鈀催化的交叉親電反應(yīng)。

與化學(xué)還原和光還原的XEC不同，電化學(xué)使用電流作為還原劑，不僅可以通過過渡金屬和配體還可以通過電位控制反應(yīng)的選擇性。結(jié)合課題組近年來基于C?S鍵活化的合成方法學(xué)研究（Nat. Chem.2017, 9, 188; Angew. Chem. Int. Ed.2019, 58, 5044; Nat. Commun.2022, 13, 144;Angew. Chem. Int. Ed.2023, 62, e202309922; Angew. Chem. Int. Ed.2023, e202306307; Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, e202509672; Chin. J. Org. Chem.2026, doi:10.6023/cjoc202509013.），作者報道了鎳電催化芳基砜化物與芳基碘化物之間的交叉親電C(sp2)?C(sp2)偶聯(lián)（eXEC）。

首先，作者以苯并噻唑砜化物與對甲基碘苯作為模板底物，通過篩選金屬催化劑、配體、電勢/電流和電解質(zhì)，得到最優(yōu)的eXEC電解反應(yīng)條件，隨后對芳基砜化合物和芳基碘化物分別進行了底物拓展。結(jié)果表明，該反應(yīng)具有較好的官能團兼容性和適用范圍（>80個底物拓展），能以高選擇性和較高產(chǎn)率生成交叉偶聯(lián)產(chǎn)物（圖2）。

圖2.底物拓展（圖片來源：PNAS）

此外，作者通過該反應(yīng)成功合成了一批重要的藥物分子，實現(xiàn)了克級放大合成（圖3）；更重要的是，作者首次利用電化學(xué)還原機制，成功制備出可溶的高分子量的低分散度的共軛高分子聚合物P(2,6-Q)，其數(shù)均分子量Mn = 13.9 kDa，分散度D = 1.69，打破了傳統(tǒng)聚合方法對單體類型的限制，為共軛高分子的精準綠色合成開辟了全新路徑。

圖3.放大實驗、藥物合成以及聚合反應(yīng)（圖片來源：PNAS）

最后，作者通過控制實驗、循環(huán)伏安法、方波伏安法、底物順序添加實驗、交叉實驗，以及理論計算還原電勢和吉布斯自由能等，提出了順序氧化加成機制（圖4）：經(jīng)過電還原生成的Ni(0)優(yōu)先與芳基砜化物進行第一次氧化加成生成中間體int3-1，經(jīng)單電子還原后生成的Ni(I)中間體int4-1與芳基碘化物進行第二次氧化加成，最后通過還原消除得到目標交叉偶聯(lián)產(chǎn)物。

圖4.部分反應(yīng)機理研究（圖片來源：PNAS）

總結(jié)

黃輝教授團隊報道了高選擇性的鎳電催化交叉親電C(sp2)?C(sp2)偶聯(lián)，結(jié)合實驗表征與理論計算提出了順序氧化加成機制，在溫和條件下成功合成了一批具有重要應(yīng)用價值的聯(lián)芳基藥物、熒光分子和聚合物，表現(xiàn)出較高的選擇性、良好的官能團兼容性和寬廣的底物適用范圍。

論文第一作者為中國科學(xué)院大學(xué)材料科學(xué)與光電技術(shù)學(xué)院副研究員謝文斌博士，通訊作者為天津大學(xué)/中國科學(xué)院大學(xué)黃輝教授、美國西北大學(xué)Tobin J. Marks教授和中國科學(xué)院大學(xué)史欽欽教授。研究工作得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家自然科學(xué)基金、北京自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院與美國聯(lián)邦科研機構(gòu)合作項目、中國博士后科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金、美國國家科學(xué)基金會等資助。

文獻詳情：

Wenbin Xie, Zhe Song, Qinqin Shi*, Panping Sheng, Gu Xu, Kaikai Wen, Lutang Zhao, Tobin J. Marks*, Zhi-Xiang Wang, Hui Huang*, General and Selective Nickel-Electrocatalyzed Cross-Electrophile C*(sp2)–C(sp2) Coupling.

PNAS.2026,123, e2515413123.

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2515413123

長按掃碼，查看原文