芳香化合物的脱芳构化反应作为一类重要的有机转化反应，能够将平面芳香体系转化为具有三维空间结构的复杂分子骨架，这一特性使其在天然产物合成、药物研发和功能材料制备等领域展现出独特的应用价值。近年来，随着光催化技术的快速发展，可见光催化在脱芳构化反应中的应用取得了突破性进展。其中，可见光催化的脱芳构化环加成反应因其独特的优势而备受关注。该反应不仅具有优异的立体专一性，还展现出突出的原子经济性，能够通过一步转化高效构建结构复杂的分子骨架。在这一研究领域，Glorius等人取得了突破性进展，他们创新性地采用非芳香性化合物（如烯烃和双环[1.1.0]丁烷等）作为偶联底物，开发了一系列高效的光催化脱芳构化反应体系，成功构建了多种具有重要应用价值的多环化合物（图1）。这些开创性工作为复杂分子合成提供了新的思路和方法。然而，由于芳香化合物独特的反应活性和固有的稳定性，使用芳香性偶联底物进行脱芳构化反应仍面临巨大挑战。
图1. N-杂芳烃的多样性转化
近日，中国科学院大连化学物理研究所的陈庆安团队在其前期开展的一系列光催化脱芳构化工作（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202314304; Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202505906; J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 11533）基础上，与沈阳化工大学孙亚光教授合作，发展了一种可见光催化N-杂芳烃脱芳构化偶联合成方法，实现了N-杂芳烃的伪二聚体和交叉偶联产物的高效合成（图2）。此外，通过底物的精心设计，该方法还能直接构建多种功能化聚合物。相关成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。
图2. 可见光催化N-杂芳烃脱芳构化偶联
研究团队以8-甲氧基喹啉（1a）作为模型底物，系统性地优化了反应条件。通过一系列优化实验发现，当采用硫杂蒽酮（TXT）作为光催化剂、三氟乙酸（TFA）作为添加剂、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）作为溶剂时，反应效率最优。在390 nm LED光源照射下，该催化体系能以68%的收率获得目标产物2。值得注意的是，条件筛选实验表明：1）酸性环境对反应至关重要，其中TFA表现出最优效果，而其他Brønsted酸或Lewis酸效果显著下降；2）光敏剂的选择直接影响反应效率，TXT的催化效果明显优于其他光催化剂；3）在无光照或酸性条件下，反应不能发生，这充分证实了光激发过程和质子化作用在该转化中的关键调控作用（图3）。
图3. 反应条件优化
研究团队在优化条件基础上系统考察了N-杂芳烃的底物适用范围。该反应展现出优异的官能团兼容性，可耐受烷基、芳基、烯基、杂环及酯基等多种取代基。实验证实，含不同电子效应取代基的喹啉衍生物均能高效转化，成功构建了结构多样的多环骨架。值得注意的是，该方法还可拓展至功能聚合物合成，所得聚合物兼具高分子量（Mw达48.9 kg/mol）和窄分布（Mw/Mn = 1.14-1.55）的特性（图4和图5）。
图4. N-杂芳烃的底物适用范围
图5. 功能化聚合物的构建
针对N-杂芳烃的交叉偶联反应（图6），研究团队通过条件筛查确立了最佳反应体系。以8-甲基喹啉（1b）和2-甲基喹啉（1ag）为模型底物时，采用5CzBN（4 mol%）作为光催化剂、醋酸（HOAc）为添加剂、DMAc为溶剂，在390 nm LED光照下反应24小时，交叉偶联产物30的收率可达82%。通过优化发现：添加物酸性强度对反应选择性起决定性作用，强酸TFA促进均二聚，而弱酸HOAc优先驱动交叉偶联。该方法展现出优异的底物普适性：一方面，8-位取代喹啉（含甲基、甲氧基、卤素等）均可作为有效偶联底物；另一方面，2-位甲基喹啉与多种6/7/8-位取代喹啉（如含酯基、氰基等）都能顺利反应。
图6. 喹啉的脱芳构化交叉偶联反应
为了进一步验证该合成方法的应用潜力，研究团队进行了放大反应和后续合成转化实验（图7）。实验结果表明，通过简单的转化可以合成多种功能化的多环化合物。值得注意的是，该方法还成功应用于合成具有四个喹啉连接的苯胺类化合物，为合成更复杂的多环化合物提供了新的途径。
图7. 合成转化
为深入阐明反应机理，研究团队结合实验与理论计算开展了系统研究（图8和9）。结果表明，该偶联反应过程中涉及光促进的能量转移（EnT）和单电子转移（SET）协同作用机制。在光照下，激发态的光催化剂，与质子化的喹啉发生能量转移，生成三重态喹啉物种。该物种通过自由基加成反应生成中间体，随后发生氢原子转移（HAT）过程，最终生成目标产物。
图8. 机理实验
图9. DFT计算
总之，中国科学院大连化物所陈庆安/沈阳化工大学孙亚光教授发展了一种可见光催化N-杂芳烃脱芳构化偶联合成方法，通过添加剂的调控，实现了两种不同喹啉的脱芳构化交叉偶联。该方法不仅适用于构建N-杂芳烃的脱芳构化二聚体，还能直接构建多种功能化聚合物。机理研究揭示了EnT/SET协同催化的反应机制，为光催化脱芳构化反应的设计提供了新思路。相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.，大连化物所陈庆安/宋婷婷与沈阳化工大学孙亚光为共同通讯作者，沈阳化工大学联合培养硕士研究生林帆为文章第一作者。
Photo-Induced Catalytic Dearomative Coupling of N-Heteroarenes
Fan Lin, Ting-Ting Song,* Yan Liu, Xiao-Yu Wang, Shi-Yu Guo, Yaguang Sun,* Qing-An Chen*
Angew. Chem. Int. Ed. 2025, DOI: 10.1002/anie.202513552
陈庆安课题组，中国科学院大连化学物理研究所仿生催化合成研究组成立于2017年，研究组成员包括陈庆安研究员（课题组组长）、万伯顺研究员等9位工作人员和17位研究生组成。在不对称催化反应、过渡金属催化和上述方法学在天然产物和手性药物合成中的应用具有较好的学科积累。目前主要研究领域为仿生催化合成和过渡金属催化。目前研究兴趣包括：1）基于生物代谢的基本原理，发展仿生催化合成；2）过渡金属催化烯烃和炔烃的高效转化；3）发展大宗化学品的绿色转化。
课题组常年招聘青年研究员、副研、博士后、研究助理、研究生和联合培养学生等，欢迎有志青年加入。具体待遇和要求请见课题组主页：http://www.lbcs.dicp.ac.cn/
宋婷婷，辽宁阜新人。2014年本科毕业于吉林大学化学学院化学专业。2019年在吉林大学获得博士学位，导师母瀛教授。2020年至今在中国科学院大连化学物理研究所进行博士后研究，合作导师为陈庆安研究员。主要研究方向为可见光催化的去芳构化反应，基于自由基过程的合成化学。自开展研究工作以来，作为主要作者在国际学术期刊发表研究论文16篇，其中以第一作者/通讯作者Angew. Chem. Int. Ed.（3篇）、Dalton Trans.等国际权威期刊上发表文章6篇，专著1篇，申请专利5件，其中获授权2件。作为负责人参与国家自然科学面上基金、国家自然科学青年基金等多项基金项目。
孙亚光，现任辽宁石化职业技术学院党委书记，教授，博士生导师。辽宁省百千万人才工程百人层次入选者，辽宁省高等院校优秀人才人选，《精细化工》杂志编委，辽宁省无机分子基化学重点实验室主任,辽宁省创新团队负责人。主要从事配位催化研究，主持国家自然科学基金“卡宾基MOFs的合成及其在CO2与丁二烯反应中的催化性能”等国家级科研课题2项，省部级科研项目6项。在国际高水平学术期刊上发表100篇论文，如Angew. Chem. Int. Ed.、J. Catal.、Applied Cata. A、Inorg. Chem.、Dalton Trans.等。获辽宁省科学技术二等奖1项、三等奖3项，辽宁省研究生教学成果二等奖1项。已获国家授权发明专利7项。指导的硕士研究生论文获得辽宁省优秀硕士论文。指导的本科生科技作品获得 “挑战杯”全国大学生课外科技作品竞赛三等奖。
陈庆安，福建泉州人。2007年本科毕业于中国科学技术大学化学系，导师尤田耙教授。2012年在中国科学院大连化学物理研究所获得博士学位，导师周永贵研究员。2012年至2015年在美国加州大学欧文分校进行博士后研究，合作导师Vy. M. Dong教授。2015年至2017年作为德国洪堡学者在德国柏林工业大学Martin Oestreich教授课题组工作。2017年4月加入大连化物所开展独立研究工作，被聘为课题组组长、张大煜青年学者。自开展独立研究工作以来，以通讯作者先后在国际权威期刊上发表研究论文60多篇，包括Nat. Chem.（2）、Nat. Catal.（1）、Nat. Commun./J. Am. Chem. Soc./Angew. Chem. Int. Ed.（21）。2017年获得辽宁省自然科学一等奖（排名第二）。2020年获得“Thieme Chemistry Journal Award”国际学术奖。目前主要研究领域为仿生催化合成和金属有机化学。
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