南开大学化学学院陈弓

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陈弓、何刚课题组：基于自由基C(sp3)-H键活化的三级碳手性中心差向异构化反应

碳手性中心的差向异构化 (epimerization)是改变有机分子立体化学结构的一种重要手段。通过断裂带有一定酸性的C—H键（如羰基化合物α位C—H）的差向异构化反应已广泛用于有机合成和酶催化生物合成。相比而言，带有非酸性C(sp3)—H三级碳手性中心的差向异构化有着极大的挑战，目前基本上没有实用的方法。
最近，陈弓、何刚团队使用高价碘叠氮试剂（BIN3）和H2O作为添加剂，通过非活化C(sp3)—H可逆的自由基断裂反应，首次实现了温和条件下具有非酸性C(sp3)—H键的三级碳中心异构化反应。该异构化反应高效且高选择性地发生在各种环烷烃的惰性三级C—H键上，为传统方法难以解决的三级碳立体中心的手性反转提供了一种强有力的策略。该三级碳异构化反应不仅可以实现单环，双环以及非环化合物中三级碳异构化反应，还可以应用于含多个三级碳中心的甾类化合物，为甾类化合物非对映异构体的合成提供了快捷有效的方法。机理研究表明，BIN3试剂是个有效的叠氮自由基（N3•）前体。N3• 作为一个独特的H原子穿梭机（H atom shuttle）可选择性攫取底物中三级C(sp3)—H键的氢原子，并以HN3的形式与生成的三级碳自由基中间体反应 (归还氢原子)实现碳手性中心的反转。
         该研究得到了基金委和南开大学的资助。美国匹兹堡大学刘鹏教授为该研究提供理论计算支持。相关成果发表在J. Am. Chem. Soc.  2018, DOI: 10.1021/jacs.8b05753。