有机化学 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (2): 477-497.DOI: 10.6023/cjoc202407027 上一篇 下一篇
综述与进展
收稿日期:2024-07-14
修回日期:2024-09-11
发布日期:2024-10-29
基金资助:
Miao Wang, Yahao Huang(
), Peng Hu(
)
Received:2024-07-14
Revised:2024-09-11
Published:2024-10-29
Contact:
*E-mail: huangyh55@mail2.sysu.edu.cn; hupeng8@mail.sysu.edu.cn
Supported by:文章分享
作为一种高度原子经济性和步骤经济性的策略, 通过烷烃C(sp3)—H键的官能团化, 直接将烷烃转化成附加值更高的化学品, 一直备受关注. 然而由于烷烃C(sp3)—H键广为人知的惰性, 控制非活化C(sp3)—H键官能团化的化学选择性和区域选择性是一项重大的挑战. 作为一种近期重新引起关注的方法, 相比以往过渡金属催化, 利用氢原子转移(HAT)实现C(sp3)—H键选择性官能团化有着其独特之处. 在此, 对最近兴起的各种HAT介导的非活化C(sp3)—H键官能团化的方法进行了分析, 按照官能团化的选择性分类, 重点介绍了目前实现区域选择性控制的方法. 最后总结了目前方法的局限性, 并对这一领域当前的挑战和未来的发展方向进行了展望.
王淼, 黄雅豪, 胡鹏. 氢原子转移介导的烷烃C(sp3)—H选择性官能团化研究进展[J]. 有机化学, 2025, 45(2): 477-497.
Miao Wang, Yahao Huang, Peng Hu. Recent Advances in Hydrogen Atom Transfer Induced Selective C(sp3)—H Functionalization of Alkanes[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, 2025, 45(2): 477-497.
| [1] |
Ward, J. M. Fuel Process. Technol. 1993, 35, 55.
|
| [2] |
Weitkamp, J. ChemCatChem 2012, 4, 292.
|
| [3] |
Wang, Y.; Hu, P.; Yang, J.; Zhu, Y.-A.; Chen, D. Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 4299.
|
| [4] |
Khake, S. M.; Chatani, N. Trends Chem. 2019, 1, 524.
|
| [5] |
Gandeepan, P.; Müller, T.; Zell, D.; Cera, G.; Warratz, S.; Ackermann, L. Chem. Rev. 2018, 119, 2192.
|
| [6] |
Chu, J. C. K.; Rovis, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 57, 62.
|
| [7] |
Hartwig, J. F.; Larsen, M. A. ACS Cent. Sci. 2016, 2, 281.
|
| [8] |
He, J.; Wasa, M.; Chan, K. S. L.; Shao, Q.; Yu, J.-Q. Chem. Rev. 2016, 117, 8754.
|
| [9] |
Arndtsen, B. A.; Bergman, R. G.; Mobley, T. A.; Peterson, T. H. Acc. Chem. Res. 1995, 28, 154.
|
| [10] |
Davies, H. M. L.; Manning, J. R. Nature 2008, 451, 417.
|
| [11] |
Davies, H. M. L.; Morton, D. ACS Cent. Sci. 2017, 3, 936.
|
| [12] |
Mayer, J. M. Acc. Chem. Res. 2010, 44, 36.
|
| [13] |
Capaldo, L.; Ravelli, D.; Fagnoni, M. Chem. Rev. 2021, 122, 1875.
doi: 10.1021/acs.chemrev.1c00263 pmid: 34355884 |
| [14] |
Chang, L.; Wang, S.; An, Q.; Liu, L. W.; Wang, H.; Li, Y.; Feng, K.; Zuo, Z. Chem. Sci. 2023, 14, 6841.
|
| [15] |
Huang, C.-Y.; Li, J.; Li, C.-J. Chem. Sci. 2022, 13, 5465.
|
| [16] |
Capaldo, L.; Ravelli, D. Eur. J. Org. Chem. 2017, 2017, 2056.
|
| [17] |
Sarkar, S.; Cheung, K. P. S.; Gevorgyan, V. Chem. Sci. 2020, 11, 12974.
doi: 10.1039/d0sc04881j pmid: 34123240 |
| [18] |
Taniguchi, T. Synthesis 2017, 49, 3511.
|
| [19] |
Cheng, S.; Li, Q.; Cheng, X.; Lin, Y.; Gong, L. Chin. J. Chem. 2022, 40, 2825.
|
| [20] |
Roberts, B. P. Chem. Soc. Rev. 1999, 28, 25.
|
| [21] |
Salamone, M.; Bietti, M. Acc. Chem. Res. 2015, 48, 2895.
|
| [22] |
Ravelli, D.; Fagnoni, M.; Fukuyama, T.; Nishikawa, T.; Ryu, I. ACS Catal. 2017, 8, 701.
|
| [23] |
Galeotti, M.; Salamone, M.; Bietti, M. Chem. Soc. Rev. 2022, 51, 2171.
doi: 10.1039/d1cs00556a pmid: 35229835 |
| [24] |
Matsumoto, A.; Maruoka, K. Asian J. Org. Chem. 2024, 13, e202300580.
|
| [25] |
Wang, Y.; Li, G.-X.; Yang, G.; He, G.; Chen, G. Chem. Sci. 2016, 7, 2679.
|
| [26] |
He, Q.; Cao, Z.; Zhang, Y.; Chen, G.; Wang, Y. Adv. Synth. Catal. 2023, 365, 2711.
|
| [27] |
Fawcett, A.; Keller, M. J.; Herrera, Z.; Hartwig, J. F. Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 8276.
|
| [28] |
Zhao, J.; Zhang, J.; Fang, P.; Wu, J.; Wang, F.; Liu, Z.-Q. Green Chem. 2024, 26, 507.
|
| [29] |
Kuang, Y.; Cao, H.; Tang, H.; Chew, J.; Chen, W.; Shi, X.; Wu, J. Chem. Sci. 2020, 11, 8912.
|
| [30] |
Mello, R.; Fiorentino, M.; Fusco, C.; Curci, R. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 6749.
|
| [31] |
Sakaguchi, S.; Kato, S.; Iwahama, T.; Ishii, Y. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1998, 71, 1237.
|
| [32] |
Kiyokawa, K.; Ito, R.; Takemoto, K.; Minakata, S. Chem. Commun. 2018, 54, 7609.
|
| [33] |
Paolillo, J. M.; Duke, A. D.; Gogarnoiu, E. S.; Wise, D. E.; Parasram, M. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 2794.
|
| [34] |
Guo, S.; Zhang, X.; Tang, P. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 4065.
|
| [35] |
Wu, H.; Xiao, Z.; Wu, J.; Guo, Y.; Xiao, J.-C.; Liu, C.; Chen, Q.-Y. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 4070.
|
| [36] |
Zhao, Y.; Lin, J.-H.; Hang, X.-C.; Xiao, J.-C. J. Org. Chem. 2018, 83, 14120.
doi: 10.1021/acs.joc.8b02207 pmid: 30379072 |
| [37] |
Mukherjee, S.; Maji, B.; Tlahuext-Aca, A.; Glorius, F. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 16200.
|
| [38] |
Schirmer, T. E.; Rolka, A. B.; Karl, T. A.; Holzhausen, F.; König, B. Org. Lett. 2021, 23, 5729.
|
| [39] |
Zhang, H.; Wang, Q.; Wang, Y.; Yuan, Z.; Gao, F.; Britton, R. Asian J. Org. Chem. 2021, 10, 2566.
doi: 10.1002/ajoc.202100471 |
| [40] |
Zhang, S.; Cao, S.; Lin, Y.-M.; Sha, L.; Lu, C.; Gong, L. Chin. J. Catal. 2022, 43, 564.
|
| [41] |
Antonchick, A. P.; Burgmann, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 3267.
|
| [42] |
Fukuyama, T.; Nishikawa, T.; Yamada, K.; Ravelli, D.; Fagnoni, M.; Ryu, I. Org. Lett. 2017, 19, 6436.
|
| [43] |
Li, Y.; Lei, M.; Gong, L. Nat. Catal. 2019, 2, 1016.
|
| [44] |
Wang, M.; Zhang, Z.; Xiong, C.; Sun, P.; Zhou, C. ChemistrySelect 2022, 7, e202200816.
|
| [45] |
Wang, M.; Zhang, Y.; Yang, X.; Sun, P. Org. Biomol. Chem. 2022, 20, 2467.
doi: 10.1039/d2ob00278g pmid: 35262545 |
| [46] |
Sheng, H.; Zhang, B.-B.; Liu, Q.; Yang, Z.-S.; Wang, Z.-X.; Chen, X.-Y. Sci. China: Chem. 2022, 65, 2494.
|
| [47] |
Li, Y.; Guo, S.-G.; Li, Q.; Zheng, K. Nat. Commun. 2023, 14, 6225.
|
| [48] |
Jha, R. K.; Rohilla, K.; Jain, S.; Parganiha, D.; Kumar, S. Chem.- Eur. J. 2024, 30, e202303537.
|
| [49] |
Zhang, X.; Yang, H.; Tang, P. Org. Lett. 2015, 17, 5828.
|
| [50] |
Day, C. S.; Fawcett, A.; Chatterjee, R.; Hartwig, J. F. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 16184.
|
| [51] |
Ghosh, S. K.; Hu, M.; Comito, R. J. Chem.-Eur. J. 2021, 27, 17601.
|
| [52] |
Xia, J.-B.; Ma, Y.; Chen, C. Org. Chem. Front. 2014, 1, 468.
|
| [53] |
Zhang, X.; Guo, S.; Tang, P. Org. Chem. Front. 2015, 2, 806.
|
| [54] |
Aschmann, S. M.; Atkinson, R. Int. J. Chem. Kinet. 1995, 27, 613.
|
| [55] |
Russell, G. A. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 4987.
|
| [56] |
Russell, G. A. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 5002.
|
| [57] |
Dneprovskii, A. S.; Kuznetsov, D. V.; Eliseenkov, E. V.; Fletcher, B.; Tanko, J. M. J. Org. Chem 1998, 63, 8860.
|
| [58] |
Sutradhar, D.; Zeegers-Huyskens, T.; Chandra, A. K. Mol. Phys. 2015, 113, 3232.
|
| [59] |
Sumiyoshi, T.; Minegishi, H.; Fujiyoshi, R.; Sawamura, S. Chem. Lett. 2005, 34, 794.
|
| [60] |
Dooley, D. M.; Landin, J. A.; Rosenzweig, A. C.; Zumft, W. G.; Day, E. P. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 8978.
|
| [61] |
Breslow, R.; Wiedenfeld, D. Tetrahedron Lett. 1993, 34, 1107.
|
| [62] |
Breslow, R.; Guo, T. Tetrahedron Lett. 1987, 28, 3187.
|
| [63] |
Jia, P.; Li, Q.; Poh, W. C.; Jiang, H.; Liu, H.; Deng, H.; Wu, J. Chem 2020, 6, 1766.
|
| [64] |
An, Q.; Wang, Z.; Chen, Y.; Wang, X.; Zhang, K.; Pan, H.; Liu, W.; Zuo, Z. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6216.
|
| [65] |
Cao, H.; Kong, D.; Yang, L.-C.; Chanmungkalakul, S.; Liu, T.; Piper, J. L.; Peng, Z.; Gao, L.; Liu, X.; Hong, X.; Wu, J. Nat. Synth. 2022, 1, 794.
|
| [66] |
Zheng, C.-Y.; Yue, J.-M. Nat. Commun. 2023, 14, 2399.
|
| [67] |
Bull, J. A.; Mousseau, J. J.; Pelletier, G.; Charette, A. B. Chem. Rev. 2012, 112, 2642.
|
| [68] |
Wang, B.; Pettenuzzo, C. A.; Singh, J.; Mccabe, G. E.; Clark, L.; Young, R.; Pu, J.; Deng, Y. ACS Catal. 2022, 12, 10441.
|
| [69] |
Zard, S. Z. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 1603.
|
| [70] |
Jeffrey, J. L.; Terrett, J. A.; MacMillan, D. W. C. Science 2015, 349, 1532.
doi: 10.1126/science.aac8555 pmid: 26316601 |
| [71] |
Le, C.; Liang, Y.; Evans, R. W.; Li, X.; MacMillan, D. W. C. Nature 2017, 547, 79.
|
| [72] |
Matsumoto, A.; Yamamoto, M.; Maruoka, K. ACS Catal. 2022, 12, 2045.
|
| [73] |
Panferova, L. I.; Zubkov, M. O.; Kokorekin, V. A.; Levin, V. V.; Dilman, A. D. Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 2849.
|
| [74] |
Zachmann, A.; Drappeau, J.; Liu, S.; Alexanian, E. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2024, 63, e202404879.
|
| [75] |
Zhang, Q.; An, B.; Lei, Y.; Gao, Z.; Zhang, H.; Xue, S.; Jin, X.; Xu, W.; Wu, Z.; Wu, M.; Yang, X.; Wu, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2023, 62, e202304699.
|
| [76] |
Tzirakis, M. D.; Lykakis, I. N.; Orfanopoulos, M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 2609.
doi: 10.1039/b812100c pmid: 19690741 |
| [77] |
N. Lykakis,, I.; Evgenidou, E.; Orfanopoulos, M. Curr. Org. Chem. 2012, 16, 2400.
|
| [78] |
Lazzaroni, S.; Ravelli, D.; Protti, S.; Fagnoni, M.; Albini, A. C. R. Chim. 2017, 20, 261.
|
| [79] |
Wang, Q.; Ni, S.; Yu, L.; Pan, Y.; Wang, Y. ACS Catal. 2022, 12, 11071.
|
| [80] |
Wang, Q.; Ni, S.; Wang, X.; Wang, Y.; Pan, Y. Sci. China: Chem. 2022, 65, 678.
|
| [81] |
Li, G.-X.; Hu, X.; He, G.; Chen, G. ACS Catal. 2018, 8, 11847.
|
| [82] |
Deno, N. C.; Gladfelter, E. J.; Pohl, D. G. J. Org. Chem. 1979, 44, 3728.
|
| [83] |
McMillan, A. J.; Sieńkowska, M.; Lorenzo, P. D.; Gransbury, G. K.; Chilton, N. F.; Salamone, M.; Ruffoni, A.; Bietti, M.; Leonori, D. Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 7132.
|
| [84] |
Lu, Z.-P.; Ju, M.; Wang, Y.; Meinhardt, J. M.; Martinez, J. I.; Villemure, E.; Terrett, J. A.; Lin, S. Nature 2023, 619, 514.
|
| [85] |
Schmidt, V. A.; Quinn, R. K.; Brusoe, A. T.; Alexanian, E. J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14389.
|
| [86] |
Liu, Y.; Shi, B.; Zhao, L.; Gao, R.; Huang, C.; Alhumade, H.; Wang, S.; Qi, X.; Lei, A. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 20863.
|
| [87] |
Carestia, A. M.; Ravelli, D.; Alexanian, E. J. Chem. Sci. 2018, 9, 5360.
|
| [88] |
Wang, Z.; Wang, F. Chin. J. Chem. 2022, 40, 1751.
|
| [89] |
Gonzalez, M. I.; Gygi, D.; Qin, Y.; Zhu, Q.; Johnson, E. J.; Chen, Y.-S.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 1464.
doi: 10.1021/jacs.1c13333 pmid: 35020391 |
| [90] |
Shu, C.; Noble, A.; Aggarwal, V. K. Nature 2020, 586, 714.
|
| [91] |
Sang, R.; Han, W.; Zhang, H.; Saunders, C. M.; Noble, A.; Aggarwal, V. K. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 15207.
|
| [92] |
Tu, J.-L.; Hu, A.-M.; Guo, L.; Xia, W. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 7600.
|
| [93] |
Zhong, P.-F.; Tu, J.-L.; Zhao, Y.; Zhong, N.; Yang, C.; Guo, L.; Xia, W. Nat. Commun. 2023, 14, 6530.
|
| [94] |
Cao, Y.; Huang, C.; Lu, Q. Nat. Synth. 2024, 3, 537.
|
| [95] |
Wei, W.; Wang, B.; Homölle, S. L.; Zhu, J.; Li, Y.; Münchow, T. von; Maksso, I.; Ackermann, L. CCS Chem. 2024, 6, 1430.
|
| [96] |
Fang, W.; Wang, H.-Q.; Zhou, W.; Luo, Z.-W.; Dai, J.-J. Chem. Commun. 2023, 59, 7108.
|
| [97] |
Wang, M.; Huang, Y.; Hu, P. Science 2024, 383, 537.
|
| [98] |
Jin, Y.; Wang, L.; Zhang, Q.; Zhang, Y.; Liao, Q.; Duan, C. Green Chem. 2021, 23, 9406.
|
| [99] |
Zou, L.; Xiang, S.; Sun, R.; Lu, Q. Nat. Commun. 2023, 14, 7992.
|
| [100] |
Li, Q.-Y.; Cheng, S.; Ye, Z.; Huang, T.; Yang, F.; Lin, Y.-M.; Gong, L. Nat. Commun. 2023, 14, 6366.
|
| [101] |
Takahira, Y.; Chen, M.; Kawamata, Y.; Mykhailiuk, P.; Nakamura, H.; Peters, B. K.; Reisberg, S. H.; Li, C.; Chen, L.; Hoshikawa, T.; Shibuguchi, T.; Baran, P. S. Synlett 2019, 30, 1178.
doi: 10.1055/s-0037-1611737 |
| [102] |
Saito, M.; Kawamata, Y.; Meanwell, M.; Navratil, R.; Chiodi, D.; Carlson, E.; Hu, P.; Chen, L.; Udyavara, S.; Kingston, C.; Tanwar, M.; Tyagi, S.; McKillican, B. P.; Gichinga, M. G.; Schmidt, M. A.; Eastgate, M. D.; Lamberto, M.; He, C.; Tang, T.; Malapit, C. A. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 7859.
|
| [103] |
Zou, L.; Wang, X.; Xiang, S.; Zheng, W.; Lu, Q. Angew. Chem., Int. Ed. 2023, 62, e202301026.
|
| [104] |
Dai, Z.-Y.; Nong, Z.-S.; Song, S.; Wang, P.-S. Org. Lett. 2021, 23, 3157.
|
| [105] |
Jin, Y.; Fan, L.-F.; Wang, E.; Yu, L.; Hirao, H.; Gong, L.-Z. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 22031.
|
| [106] |
Ge, L.; Wang, H.; Liu, Y.; Feng, X. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 13347.
|
| [107] |
Ruan, X.-Y.; Wu, D.-X.; Li, W.-A.; Lin, Z.; Sayed, M.; Han, Z.-Y.; Gong, L.-Z. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 12053.
|
| [1] | 白磊阳, 付蓓, 刘海平, 淳享, 姜雪峰. 白花前胡素E的全合成研究[J]. 有机化学, 2025, 45(3): 1009-1020. |
| [2] | 袁晨晖, 焦雷. 手性配体在钯催化配位辅助对映选择性C(sp3)—H键官能团化反应中的应用[J]. 有机化学, 2025, 45(2): 602-619. |
| [3] | 王晓琴, 许盛, 平媛媛, 孔望清. 光/镍协同催化实现C(sp3)—H键选择性官能团化[J]. 有机化学, 2025, 45(2): 383-422. |
| [4] | 刘慧英, 吴中天, 李昊天, 吴新鑫. 铜催化砜基诱导的区域选择性C(sp3)—H键杂芳基化反应[J]. 有机化学, 2025, 45(1): 297-306. |
| [5] | 王君伟, 薛皓, 曲英瑜, 姜若楠, 闫法超, 刘会. 过渡金属催化联烯胺类化合物的碳氢化反应研究进展[J]. 有机化学, 2025, 45(1): 151-167. |
| [6] | 李龙龙, 何欣悦, 周龙生, 曲亨通, 冯承涛, 徐坤. 硫氰酸铵促进的[3+3]环化反应合成5-芳基吡唑并[1,5-a]嘧啶[J]. 有机化学, 2024, 44(9): 2832-2840. |
| [7] | 朱洁, 汤思丹, 阚秀妹, 凡士柱, 王鹏飞, 杨培俊. 溶剂控制三氟甲烷磺酸钪催化2-(杂)芳基-N-磺酰基吖丁啶开环反应: 烯丙胺/1,3-噁嗪衍生物的合成[J]. 有机化学, 2024, 44(9): 2796-2809. |
| [8] | 杜佳言, 刘俊涛, 刘桂霞, 黄正. 钴催化末端烯烃区域和立体选择性异构合成反式-2-烯烃[J]. 有机化学, 2024, 44(9): 2889-2897. |
| [9] | 沈钇灼, 罗康为, 徐清洋, 张鉴予, 孙景志, 张浩可, 唐本忠. 弱作用基有机发光材料[J]. 有机化学, 2024, 44(8): 2453-2468. |
| [10] | 陆玲依, 邱晓东. 自由基形式烯烃双烷基化反应研究进展[J]. 有机化学, 2024, 44(6): 1701-1718. |
| [11] | 蒋译锋, 尹艳丽, 江智勇. 卤素原子转移(XAT)策略及应用新进展[J]. 有机化学, 2024, 44(6): 1733-1759. |
| [12] | 李晓勇, 黄丹凤, 周玉秀, 刘小康, 王克虎, 王君娇, 胡雨来. 二氟甲基溴代腙与β-(N,N-二甲氨基)烯酮/丙烯酸酯/丙烯酰胺的[3+2]环化反应研究[J]. 有机化学, 2024, 44(4): 1226-1239. |
| [13] | 方新月, 黄雅雯, 胡新伟, 阮志雄. 电化学修饰氨基酸和多肽类化合物的研究进展[J]. 有机化学, 2024, 44(3): 903-926. |
| [14] | 付雅彤, 孙超凡, 张丹, 金成国, 陆居有. 巢式-碳硼烷硼氢键官能化反应研究进展[J]. 有机化学, 2024, 44(2): 438-447. |
| [15] | 张剑, 梁万洁, 杨艺, 闫法超, 刘会. 联烯胺化合物的区域选择性双官能团化[J]. 有机化学, 2024, 44(2): 335-348. |
| 阅读次数 | ||||||
|
全文 |
|
|||||
|
摘要 |
|
|||||