北大90后博导，发Nature

2023年6月26日，北京大学许言（2021.7-北京大学化学与分子工程学院，特聘研究员，博士生导师）团队在Nature 在线发表了题为“Functional Group Translocation of Cyano Groups by Reversible C–H Sampling”的研究论文，该研究通过光催化，进行可逆的C-H取样，报道了氰基(CN)基团在普通腈中的FG移位反应，允许CN和未激活的C – H键之间的直接位置交换。该反应显示了1,4- CN易位的高保真度，与传统的C – H官能化固有的位点选择性相反。

该研究还报道了环系统的直接跨环CN易位，提供了通过其他方法获得的有价值的结构的途径。利用合成CN的多功能性和关键的CN易位步骤，该研究展示了生物活性分子构建块的简明合成。此外，C-H氰化和CN易位的结合可以获得非常规的C-H衍生物。总的来说，该研究报道的反应代表了一种实现位点选择性碳氢转换反应的方法，而不需要位点选择性碳氢裂解步骤。

FG从根本上影响了有机分子的性质和功能，使得引入、去除或相互转化FG的转化在有机化学及其相关领域具有重要意义。除了主要改变FG种类的传统FG互转化反应外，针对在远端C-H位点引入FG的新型转化，如C-H功能化和迁移功能化反应引起了极大的关注。尽管取得了这一成就，但在化学连接和断开的网络中，一类独特的FG操纵转化仍然很少被探索，即直接将FG重新定位到未激活的，甚至是传统上无法进入的C-H位点，而不向分子引入任何伴随的变化。这种类型的直接FG易位反应与上述反应类型形成对比和/或互补，表现出分子编辑的性质和理想的100%原子经济性。

如果通过新型催化可以实现可推广的反应性和精确的位点选择性，那么这种转化在现有分子骨架中直接移动FG的独特能力将提供广泛的战略效用。例如，通过首先进行FG促进的C-C键构建(例如在FG的α和/或β位置)，然后将FG转移到所需的位置，可以设计简化的分子复杂性访问。此外，探索具有挑战性的C-H化学空间也可以成为可能，例如在易于访问的C-H位点进行初始C-H功能化，然后将引入的FG重新定位到难以靶向的位置。这种化学在天然和/或生物活性分子的后期修饰中的应用也可能是有价值的，特别是作为获得新衍生物的直接方法，否则很难获得。

迄今为止，除了烯烃和炔烃的链内异构化外，这种类型的直接FG易位反应几乎没有先例报道。分散的例子可以在生物催化中找到，使用底物特异性突变酶，pd催化芳香酯通过芳烃型中间体“跳舞”，或其他，但都具有有限的普遍性。某些α-功能化醇的氧化重排为远功能化酮代表了另一种令人鼓舞的相关转化，它涉及到分子内氢原子利用羟基衍生的氧自由基转移，随后是自由基FG迁移和酮基自由基氧化。因此，通过新的催化设计，是否可以使FG易位反应的新模式具有可推广的范围，这是令人好奇的。

CN基团在普通腈中的直接FG易位反应示意图（图源自Nature ）

该研究报道了CN基团在普通腈中的直接FG易位反应，在温和的光催化条件下，在多个未活化的C-H位点之间具有特异性的1,4易位选择性和广泛的范围。提出了一种可逆的C-H采样策略，该策略在很大程度上使该C-H转化反应的总体位点选择性与C-H裂解步骤的位点选择性脱钩，并将其作为关键协议(vide infra)加以应用。CN在合成中的通用性，包括易于引入，易于多样化，以及易于在α和β位置构建C-C的能力，可以在所提出的转换之前和/或之后集成，以进一步扩大其用途。

论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06347-3

作者简介

许言，2021.7-北京大学化学与分子工程学院，特聘研究员，博士生导师；2018-2021加州理工学院，博士后(合作导师：Prof. Robert H. Grubbs)；2013-2018 德州大学奥斯汀分校、芝加哥大学，博士 (导师：Prof. Guangbin Dong)；2009-2013北京大学化学与分子工程学院，本科学习（导师:王剑波教授、张艳教授）；研究领域及兴趣：基于催化策略创新并辅以新试剂开发的有机合成方法学。其中尤为感兴趣的内容包括针对常见化学结构开发非常见的连续或易位官能团化，新型碳氢及烯烃转化，以及复杂骨架的修饰和结构调整。研究涉及过渡金属催化和光催化的前沿领域。