我國科學家在碳氫鍵不對稱氰化研究基礎領域又獲重大突破。中科院上海有機化學研究所金屬有機化學國家重點實驗室劉國生課題組發展了複雜烯烴的烯丙位碳氫鍵精準（包括高位點、高對映體選擇性）氰化反應，並與香港科技大學林振陽課題組合作，通過實驗和理論計算相結合，揭示了金屬調控氮自由基選擇性攫氫的新機制。10月24日，這項重要成果在線發表於《自然》。
碳氫鍵活化是有機化學的聖杯，而基於碳氫鍵活化的有機分子精準轉化則是聖杯中的明珠，一直備受合成化學家關注。自由基的氫原子轉移策略是實現碳氫鍵官能團化一種有效途徑，得到廣泛地研究。然而，為了實現有機分子的精準轉化，實現有機分子中碳氫鍵的自由基選擇性攫氫和控制攫氫後的碳自由基的不對稱轉化等兩個非常關鍵的科學問題亟待解決。
劉國生表示，只有突破上述兩個科學問題，才有望實現碳氫鍵的精準官能團化。
為了探索碳氫鍵的精準轉化，劉國生課題組早在2016年就與美國威斯康欣大學教授Stahl 合作，首次揭示了手性的兩價銅氰物種可以有效地捕捉苄位自由基（Science 2016, 353, 1014）。這不僅回答了上述第二個科學問題，也為第一個科學問題的研究奠定了堅實基礎。
烯丙位碳氫鍵與苄位碳氫鍵的鍵能相近，都屬於活性的碳氫鍵範疇，因此實現烯丙位碳氫鍵的不對稱氰化反應是可預期的。然而由於烯烴分子常含有多個烯丙位的氫原子，生物活性分子（天然產物、藥物等）中也往往存在多個烯烴，因此，多個烯丙位碳氫鍵的存在導致自由基攫氫的選擇性問題，同時形成的烯丙基自由基在後續反應中還存在區域、立體和對映體選擇性等問題，使得反應變得異常複雜。
論文第一作者、博士生李家園介紹，為了探索烯丙位碳氫鍵的選擇性攫氫問題，研究人員首次發現金屬銅物種可以與含磺醯胺的氮自由基發生配位，由此來調節氮自由基的攫氫能力和選擇性，實現了高位點選擇性的烯丙位碳氫鍵的攫氫反應，並從理論計算角度闡述了金屬調控氮自由基選擇性攫氫的新機制。
「這一發現為後期研究碳氫鍵的選擇性轉化提供了全新的思路。」劉國生表示，更令人欣喜的是，自由基攫氫所得的烯丙位自由基也可以被體系中的手性銅氰物種所捕捉，同樣以高區域、高對映體選擇性得到單一的手性氰化產物，從而實現了複雜烯烴分子的精準轉化。
劉國生進一步解釋說，該反應體系不僅具有非常寬廣的底物普適性和官能團兼容性，還適用於複雜藥物分子的後期精準修飾，為新藥研發以及藥物分子改造提供新的途徑。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-019-1655-8