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碳氫鍵的直接官能團化，特別是C(sp³)-H直接官能團化，是有機化學領(lǐng)域最為活躍和具有挑戰(zhàn)性的課題之一。歷史上對于這一問題的經(jīng)典解決方案之一是利用氮自由基的實現(xiàn)的1,5-氫遷移，現(xiàn)在被稱為Hofmann-Lo?ffler- Freytag (HLF)反應(yīng)。雖然HLF反應(yīng)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)超過一百年，期間也有一些發(fā)展和改進，但該反應(yīng)還有一些缺點需要克服：

1）反應(yīng)條件非?？量蹋?jīng)典的HLF反應(yīng)通常需要在強酸性介質(zhì)中紫外光解（或者加熱）氮的氯化物產(chǎn)生氮自由基；

2）HLF反應(yīng)通常實現(xiàn)遠程的鹵化或者分子內(nèi)的胺化，其他類型的官能團化較為少見，特別是遠程C-C鍵的構(gòu)建非常具有挑戰(zhàn)性；

3）HLF通常能夠較好地實現(xiàn)叔碳的碳氫鍵的官能團化，仲碳的碳氫鍵可以反應(yīng)，但效率較低，未活化的伯碳碳氫鍵通常不能進行官能團化。

4）對映選擇性HLF反應(yīng)難以實現(xiàn)。這些缺點制約了HLF及其相關(guān)反應(yīng)在有機合成中的應(yīng)用。

南京大學化學化工學院俞壽云課題組一直致力于可見光促進的氮自由基化學在有機合成中應(yīng)用的研究。2015年，他們使用可見光促進的光氧化還原反應(yīng)，利用磺酰胺氮氯化物作為氮自由基的前體，成功地在近中性的條件下實現(xiàn)了遠程碳(sp³)-氫的酰胺化和氯化反應(yīng)（Org. Lett.2015,17, 1894。如圖1a）。該方案避免了經(jīng)典HLF反應(yīng)的強酸性和紫外光照射等苛刻條件。溫和的反應(yīng)條件使復(fù)雜化合物的后期修飾也成為可能。比如他們實現(xiàn)了具有重要生理作用的(-)-cis-myrtanylamine衍生物的酰胺化和Dehydroabietylamine衍生物的氯化（如圖1b）。

圖一

最近，他們使用氧?；垦苌镒鳛閬啺纷杂苫绑w，使用銥的配合物作為光催化劑，通過亞胺自由基的1,5-氫遷移，并使用烯基硼酸作為自由基捕獲劑，實現(xiàn)了遠程C(sp³)-H烯基化，將經(jīng)典的HLF反應(yīng)拓展到碳碳構(gòu)建領(lǐng)域（Org. Lett.2018,20, 5523。如圖2）。該反應(yīng)中叔碳氫可以很多好地烯基化，活化的仲碳氫也可以反應(yīng)，但非活化的仲碳氫和伯碳氫的反應(yīng)非常不好。

圖二

為了解決不同類型的C(sp³)-H的官能團化的問題，他們發(fā)展了一個新型的催化體系。使用氮叔丁基氧?；牧u胺衍生物作為酰胺自由基前體，使用有機染料Eosin Y作為光催化劑，通過酰胺自由基的1,5-氫遷移，并使用烯基硼酸作為自由基捕獲劑，實現(xiàn)了酰胺g-C(sp3)-H烯基化（Org. Lett.2018,20,6255。如圖3）。該反應(yīng)中，不論是活化還是非活化，伯、仲、叔碳氫都可以很多好地烯基化。該反應(yīng)巧妙利用氮自由基上的取代基效應(yīng)，通過調(diào)節(jié)氮自由基的電性，極性和位阻，實現(xiàn)了不同類型碳氫鍵的官能團化。

圖三

為了進一步提高反應(yīng)的原子經(jīng)濟性，他們開發(fā)了一種在光氧化還原催化條件下酰胺自由基基引發(fā)的位點選擇性C(sp³)–H/C(sp²)–H偶聯(lián)的Minisci類型反應(yīng)。該反應(yīng)采用無需預(yù)官能團化的雜芳烴（如嘌呤、噻唑并嘧啶、苯并惡唑、苯并噻唑、苯并噻吩、苯并呋喃、噻唑以及喹喔啉等）作為偶聯(lián)體，提供了一種在室溫、無需使用過度金屬、弱堿及氧化還原中性條件下實現(xiàn)的溫和且高區(qū)域選擇性酰胺遠程C(sp³)–H雜芳基化的方法。該方法具有良好的官能團耐受性和廣泛的底物適用范圍，并為復(fù)雜活性生物分子的后期結(jié)構(gòu)修飾提供了新策略。通過利用pH值或自由基極性，實現(xiàn)了不同雜芳烴連續(xù)和正交的C?H鍵官能團化。密度泛函數(shù)（DFT）計算可以解釋和預(yù)測該反應(yīng)的位點選擇性和反應(yīng)性。該反應(yīng)擴大了Minisci反應(yīng)的范圍，可作為其替代或互補的方法（Nature Commun.2019,10, 4743. 圖4）。

四

為了解決對映選擇性的遠程C(sp3)-H官能團化這一挑戰(zhàn)，他們發(fā)展了一種可見光氧化還原和銅協(xié)同催化策略實現(xiàn)的酰胺遠程C(sp³)–H鍵不對稱氰化反應(yīng)的方法。該方法通過區(qū)域和對映選擇性控制的方式將光誘導(dǎo)產(chǎn)生酰胺自由基引發(fā)的分子內(nèi)1,5-HAT和手性銅催化劑催化的自由基氰基化反應(yīng)進行整合。該方法具有高收率、高對映選擇性、良好的官能團兼容性和廣泛的底物適用范圍等特點，是一種遠程C(sp³)–H鍵不對稱自由基氰基化反應(yīng)的有效方法。對于非芐位碳原子遠程C(sp³)–H鍵的底物，反應(yīng)的立體選擇性不理想（Org. Lett.2020,22, 5910。如圖5）。

圖五