【仪表网 研发快讯】 近日，我校化学学院金云鹤副教授课题组在国际顶级期刊《自然-催化》(Nature Catalysis)发表题为“三重功能锆催化实现三重模块化合成”(Trifunctional zirconium catalysis-enabled triple modular synthesis)的研究论文，系我校首次以第一通讯单位在该期刊发表研究论文。该工作首次报道了光诱导锆配合物的内球α-均裂配体-金属电荷转移(LMCT)过程，并将锆的LMCT能力、氧化还原催化能力与路易斯酸催化能力集成于同一催化体系，建立“一石三鸟”催化策略，从易得的芳醛、烷烃和腈出发，实现了多取代苄胺衍生物的模块化合成。
多取代苄胺衍生物是全碳骨架伯胺中的重要类别，广泛存在于生物活性分子和药物结构中。但其传统合成路线长期受制于底物预官能化、条件苛刻以及官能团兼容性有限等问题；与此同时，锆作为廉价、地球丰产的路易斯酸性过渡金属，其配合物的光诱导LMCT催化潜力却长期未获充分开发。如何在单一金属中心上连续活化多个底物，规避多催化中心间物种及电荷迁移的动力学障碍，从而以简单且惰性的原料一步构建具有复杂碳骨架的多取代苄胺衍生物，是该领域悬而未决的关键难题。
研究团队利用光诱导锆配合物的内球α-均裂LMCT过程产生氯自由基，后者通过氢原子转移(HAT)活化烷烃C–H键，生成烷基自由基；与此同时，低价态锆经金属到配体电荷转移(MLCT)过程活化芳醛，生成稳定的O-α-苄基自由基，进而与烷基自由基发生选择性交叉偶联。随后，锆的路易斯酸性位点介导C–O键异裂，生成碳正离子中间体，进而与腈结合发生Ritter型水解，得到目标产物。这一催化循环将三种彼此独立的催化功能串联起来，建立“一石三鸟”的新颖催化体系，实现了从简单底物到多取代苄胺的“三重模块化”组装。该体系条件温和、底物适用范围广，为光氧化还原催化与经典催化模式的深度融合提供了全新范例。
化学学院2023级硕士研究生许冉为论文第一作者，金云鹤副教授为通讯作者，博士后刘书扬、博士生薛至言、硕士生徐梓译、本科生赵天野等参与了相关研究工作。该研究得到大连市优秀青年科技人才项目、国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金、化学学院青年教师激励基金及大学生创新创业项目等经费支持。
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