碳碳键（C–C）的选择性断裂是化学合成中的关键策略，对于复杂分子的后期修饰尤为重要。传统方法通常依赖过渡金属催化或特定分子骨架（如张力环、导向基团），在选择性方面常面临挑战。近年来，可见光催化技术的快速发展为诱导C–C键断裂提供了新的有效途径，在可见光激发下，通过单电子转移（Single electron transfer, SET）等方式可产生含杂原子（如N、O）或碳中心的自由基中间体，进而在环张力释放等热力学驱动力下发生β-碳碳键断裂。
在众多C–C键断裂目标中，非极性烃类惰性C–C σ键的选择性裂解最具挑战性。尽管C(sp2)=C(sp2) π键的断裂研究已较为成熟，但C(sp2)–C(sp3) σ键的活化仍主要局限于极性结构（如酰基–C(sp3)键）。由于分子中常存在多个键能相似的C–C σ键，实现非极性C(sp2)–C(sp3) σ键的选择性断裂面临较大挑战，现有方法有限，亟需发展新策略。例如，Kwon团队发展的Fe(III)/O3体系，通过氧自由基介导的β-断裂过程实现了C(sp2)–C(sp3)键裂解，但通常需分步低温操作。因此，开发更为便捷、条件温和且不依赖化学计量氧化剂的策略是该领域的重要方向。
香港科技大学黄湧教授与深圳湾实验室陈杰安研究员团队长期致力于烃类化合物的活化新方法研究（前期工作参见：Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 6896; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 2174; iScience 2020, 23, 10139）。基于烯烃官能团化的工作积累，该团队先后实现了无张力脂肪醇及烷基芳烃中C(sp3)–C(sp3)键（Cell Rep. Phys. Sci. 2022, 3, 100763; J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 12284）以及烯烃C(sp2)=C(sp2)键（Nat. Commun. 2024, 15, 6227）的选择性光催化裂解。近日，该合作团队在《自然-通讯》（Nature Communications）报道了一种氧化还原中性的光催化策略，实现了芳基烯烃的脱烯丙基化反应（hydrodealkenylation），选择性断裂C(sp2)–C(sp3) σ键。与传统氧化裂解路径不同，该方法无需外源氧化剂，并实现了裂解片段（芳烃与醛）的双重高效捕获。
机理研究表明，芳基烯烃底物可被激发态吖啶鎓盐光催化剂单电子氧化，生成芳基自由基阳离子。该中间体经历质子耦合电子转移（Proton-coupled electron transfer, PCET）形成苄位自由基，随后发生烯烃迁移（由氢原子转移试剂HAT-3，即五氟苯硫酚介导）生成共轭程度更高的苯乙烯类中间体。此中间体经历水合作用、进一步的PCET诱导的β-断裂以及烷基自由基的氢原子转移（Hydrogen atom transfer, HAT），最终完成C(sp2)–C(sp3)键裂解。值得注意的是，芳基自由基阳离子易发生多种竞争路径（如亲核加成、碳正离子耦合电子转移（Carbocation-coupled electron transfer, CCET）、逆向HAT等），因此反应序列的精准调控是实现高选择性的关键。实验证实，HAT试剂的选择对抑制副反应、提高效率和选择性至关重要。
该催化体系展现了广泛的底物适用性。多种芳基取代基（包括含多个苄位碳、氧化还原活性基团如噻吩、二苯并呋喃、邻苯二甲酰亚胺、醇等）以及pH敏感基团（如内酯、苯酯、缩酮、半缩醛）均能良好兼容。含有支化苄位碳的底物能有效生成相应的仲烷基自由基，进而得到高阶烷基取代的苯衍生物。环状烯烃底物也能顺利实现开环裂解。为拓展非迁移型芳基烯烃（如无苄位质子或高烯丙基芳烃）的反应性，该团队通过在烯烃部分引入额外取代基（如甲基）降低其氧化电势，使其能与芳环竞争发生单电子氧化，从而实现了C(sp2)–C(sp3)键裂解，并以良好收率得到脱烯基化产物。
研究还揭示了反应的选择性规律：当分子中同时存在可裂解的C(sp2)=C(sp2)键和C(sp2)–C(sp3)键时，C–C键断裂的选择性主要由相连芳环的电子云密度决定，优先发生在富电子芳基一侧。通过简单改变甲基取代位置或引入吸电子基团（如氰基、氟），可精确调控裂解位点，甚至实现从C(sp2)–C(sp3)键到C(sp2)=C(sp2)键断裂的完全切换。
深入的机理实验为提出的反应路径提供了有力支持：光开关（on-off）实验排除了自由基链式机制；光强与反应速率呈正相关；Stern-Volmer淬灭实验证实烯烃是激发态光催化剂的主要淬灭剂；自由基捕获实验（使用苄叉丙二腈）成功检测到关键的苄位自由基中间体；氘代水（D2O）实验显示产物苄位氘代比例为1.68:1.32，符合烯烃迁移及两次HAT事件的机理假设；关键中间体（如迁移生成的苯乙烯4a'及其水合产物4a-OH）在控制实验中被检测或验证可高效转化为最终产物；而设计用于阻断迁移途径的底物（如无苄位质子或高烯丙基芳烃）在标准条件下反应性显著降低。
该策略展现出显著的合成潜力：1）可实现多米诺（domino）C–C键断裂，通过调控条件使大位阻苄位烷基优先发生CCET介导的均苄位C(sp3)–C(sp3)键断裂，生成的烯烃碎片再经历迁移及C(sp2)–C(sp3)键断裂，一锅得到双裂解产物；2）适用于环状烯烃的开环重组；3）在微流控芯片上进行连续流动反应可显著加速反应并提高产率（86% vs. 34%）；4）结合Wittig反应与脱烯基化，发展了一种无需强酸条件的醛同系化迭代方法，利用18O标记水可高效合成18O标记醛。
此项研究发展了一种条件温和、氧化还原中性的芳基烯烃脱烯基化方法，成功实现了非极性C(sp2)–C(sp3) σ键在光催化条件下的选择性断裂。所提出的单电子氧化（SEO）介导的烯烃迁移机制为惰性σ键活化提供了新思路，其电子云密度调控的选择性、多米诺键裂解、环状骨架解构及链同系化能力，展现了该策略在复杂分子编辑中的广阔应用前景，为惰性键活化领域提供了新范式。
以上工作由深圳湾实验室陈杰安研究员/香港科技大学黄湧教授共同指导，深圳湾实验室-中国科学技术大学联培博士后廖柯为该论文的第一作者，以上工作依托于深圳湾实验室、香港科技大学，得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、香港研究资助局、中国博士后科学基金会的支持。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Redox-neutral photocatalytic hydrodealkenylation of aryl olefins
Ke Liao, Chunming Gui, Ziming Cao, Yong Huang & Jiean Chen
Nat. Commun. 2025, 16, 5553, DOI: 10.1038/s41467-025-60229-y
导师介绍
黄湧
https://www.x-mol.com/university/faculty/17145
课题组主页
http://www.huangresearch.org/
陈杰安
https://www.x-mol.com/university/faculty/364304
课题组主页
https://chen.szptmc.cn/
