鑽石舞台

氧化氮雜環卡賓催化（oxidative NHC catalysis）在NHC催化反應體系中起着至關重要的作用，Breslow中間體在氧化劑的存在下可快速形成酰基唑鎓物種，進而實現多種化學轉化。儘管氧化NHC催化的化學反應豐富多樣，但由於適用的氧化劑類型相對較為有限，反應過程通常只涉及雙電子的轉移，使得關鍵的活性中間體往往僅限於閉殼物種。近年來，NHC有機催化的自由基反應已經成為發現具有挑戰性和創新性反應的重要平台，為有機催化的自由基合成開闢了一條全新途徑。

成都大學李俊龍教授團隊一直致力於有機催化新反應的研究，近年來利用有機小分子NHC催化的自由基反應，實現了烯烴的氟烷基酰基化反應（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 1863-1870）；結合1,5-HAT策略，完成了酰胺遠端C-H鍵的直接酰化反應（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202116629）；通過NHC/PC雙催化體系，可實現三氟硼酸鹽與酰基氟化物的偶聯反應（Chem. Sci. 2022, 13, 2584-2590）；通過NHC催化的三組分反應，實現了1,3-共軛烯炔的雙功能化反應（J. Org. Chem. 2022, 87, 5229-5241）等。在上述NHC自由基催化反應體系中，其底物往往需要含有一個具有一定氧化還原活性的官能團，因而在一定程度上限制了底物範圍。

近日，該團隊在氮雜環卡賓催化自由基反應研究中取得了新的進展，發展了一種新的氧化NHC自由基催化體系。利用過氧酸酯為有效的單電子氧化劑與NHC催化結合，通過分子間氫原子轉移過程，實現了一系列簡單底物的惰性C−H鍵的活化，從而完成了烯烴的雙羰基化和烷基酰化反應。該催化體系解決了以往底物需要活化基團的局限性問題，進一步豐富了NHC自由基催化反應模式，拓展了NHC自由基催化的底物應用範圍。

在最優反應條件下，作者對烯烴和醛的適用範圍進行了考察。結果表明不同電性基團取代的醛和烯烴都能順利進行雙羰基化反應，稠環或含雜原子的醛或各類烯烴類化合物也與該催化體系兼容。此外，該氧化催化體系也可以應用於藥物骨架的後期結構修飾。

作者在條件篩選時發現，當使用二氯甲烷作為溶劑時，意外地觀察到反應可以給出二氯甲基酰基化的主產物。值得說明的是使用有機催化體系將惰性的二氯甲烷活化為二氯甲基自由基報道相對較少，同時在分子間HAT過程也存在化學選擇性的競爭反應（苯甲醛的C−H鍵離解能遠低於二氯甲烷）。作者通過大量的催化劑、氧化劑和外部條件的篩選，成功地抑制了雙羰基化產物的生產。通過底物多樣性考察發現，不同電性基團取代的醛和烯烴都能順利進行反應，稠環或含雜原子的醛或烯烴類化合物也與該催化體系兼容，環狀內烯及藥物衍生的烯烴也能很好地進行反應。

這種氧化NHC自由基催化反應能夠實現反應放大，其產物也能快速地合成一系列高附加值的環化產物。有意思的是，將兩種不同電性的醛同時應用於雙羰基化反應時，作者觀察到了有趣的化學和區域選擇性，為合成多樣性的1,4-二羰基產物提供了高效方法。此外，作者用CHCl3，CH2Br2，1,4-dioxane和THF作為反應溶劑也可以通過分子間HAT過程得到結構多樣化的烷基酰基化產物。

另外，控制實驗和理論計算為本文發展的氧化NHC自由基催化模式提供了可靠的依據。

該工作發展了一種新的氧化氮雜環卡賓自由基催化體系，豐富了NHC自由基催化反應模式，為具有挑戰的惰性C−H鍵活化提供了一個綠色簡單的方法。