导语
俞寿云教授课题组简介 课题组成立于2010月9月，主要开展可见光促进的自由基反应及其在合成中的应用。自成立以来，该课题组已在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、ACS Catal.、Org. Lett.、Chem. Commun.等国际期刊上发表论文七十余篇。
俞寿云教授简介 俞寿云，南京大学化学化工学院教授，博士生导师，课题组负责人。2001年毕业于南京大学化学化工学院，获得学士学位。同年进入中科院上海有机化学研究所攻读博士，师从马大为研究员，2006年6月获得博士学位，并留所任助理研究员。2007年10月至2010年4月，在宾夕法尼亚大学Jeffrey Bode教授小组进行博士后研究。2010年9月，被聘为南京大学化学化工学院副教授，建立课题组。2012年增选为博士生导师。2014年入选南京大学登峰人才支持计划（B层次）。2016年晋升为教授。
前沿科研成果 可见光氧化还原与铜协同催化的O-酰基肟氰基化反应 氰基亚胺（C=N−CN）结构单元广泛存在于药物活性分子中，由于其独特的电子性质和结构特征，往往能够作为前体被用于制备具有重要药用价值和合成用途的含氮杂环。尽管其在制药、农药、光电材料等领域具有广泛的应用，但目前仍然缺乏氰基亚胺有效合成方法的报道。Aumüller 和 Hünig证明使用二(三甲基硅基)碳酰二亚胺作为氰基源，过量的四氯化钛作为辅助试剂能够有效代替氰化物催化剂实现酮的直接氰基化反应（Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1984, 23, 447−448），但由于四氯化钛不稳定且对水分高度敏感，这限制了该方法的应用。最近，常州大学成江与邵莺团队分别使用AIBN和乙腈作为氰基源，实现二苯甲酮亚胺的自由基氰基化，但收率最高仅为31%（J. Org. Chem. 2015, 80, 2822−2826; Tetrahedron Lett. 2015, 56, 7056−7058），反应的广谱性也没有深入研究。因此，从简单易得的原料出发获得结构多样的氰基亚胺类化合物仍然具有不小的挑战。可见光化学与过渡金属催化的结合为构建有机分子提供了一种新颖的活化模式，而俞寿云课题组也一直致力于可见光促进的氮自由基化学在有机合成中应用的研究。在这些工作的基础上，俞寿云课题组提出了光氧化还原和铜协同催化的策略，采用O-酰基肟和O-酰基羟酰胺作为氮自由基前体，实现了结构多样的氰基亚胺和氰基胺类化合物的合成（图1）。 图1. 氰基亚胺的合成方法 （来源：Org. Lett.） 作者首先选用O-酰基肟1a作为模板底物与TMSCN反应，对该氰基化反应的最佳条件进行了研究（图2）。经过对光催化剂、配体、溶剂等一系列条件进行筛选，确定了最优条件，能够以95%的分离收率得到所需的氰基化产物3a。控制实验表明反应中可见光照，光敏剂和铜皆为该反应的必要条件。 图2. 条件优化 （来源：Org. Lett.） 随后作者研究了该反应的底物适用范围（图3）。对称二苯甲酮衍生的O-酰基肟不受芳环上取代基位阻与电子效应的影响，均被证明是合适的候选底物，并以良好的收率（81-95％）获得了相应的产物3a-3d。环状二芳基酮衍生的O-酰基肟在最优条件下同样适用，并以合成有用的收率（70-90％）提供了氰基亚胺3e-3g。杂原子（S，O和N）的引入，并不会对目标产物3h−3j的收率造成显著的影响（54-92％）。噻吩与抗高血脂药物非诺贝特衍生的底物同样可以兼容，且收率极高。此外，对于烷基芳基酮衍生的底物同样能够以较高的收率（48-87％）得到相应的氰基亚胺3m-3t，具有良好的底物适用性。值得注意的是，α，β-不饱和酮衍生的O-酰基肟也能够以58%的收率转化为所需的目标产物3u，进一步拓展了底物范围。放大实验表明，反应能够以克级规模和85%的收率获得目标产物3a。 图3. 氰基亚胺底物拓展 （来源：Org. Lett.） 为了进一步探索该策略的合成潜力，作者尝试将当前的双催化体系应用于O-酰基羟酰胺类底物4（图4）。实验结果发现N-取代基对该反应的反应性具有非常显著的影响。只有N-异丙基（4b）和叔丁基（4c）羟酰胺可以提供相应的氰基胺5b和5c。而在空间上位阻更大的叔丁基基团的收率更高（60％）。 图4. 氰基胺底物拓展 （来源：Org. Lett.） 基于氰基亚胺能够作为重要的前体有效地用于多种功能丰富含氮杂环的合成，作者随后将注意力转向了这些新制备的氰基亚胺合成潜力的研究（图5）。衍生化实验表明，氰基亚胺可以很方便地转化为杀虫剂前体（6a-6b）和抗肿瘤活性化合物8。此外,潜在的有机电致发光材料13的成功合成进一步突出了该反应的应用价值。 图5. 合成实用性和衍生化实验 （来源：Org. Lett.） 为了验证该反应可能的反应机理，作者进行了机理验证实验（图6）。一系列控制实验证明体系中光催化剂与可见光照射对该氰基化反应是不可或缺的。当缺少铜和配体的情况下，同样不能观察到目标产物的生成，只能得到少量的二苯甲酮14和亚胺自由基自聚的副产物15。此外，自由基抑制剂TEMPO的加入能够显著抑制氰基亚胺产物的生成。这些结果进一步表明，该反应类型为自由基反应，亚胺自由基16能够通过光氧化还原催化产生，而铜催化循环对亚胺自由基的氰基化至关重要。 图6. 机理验证实验 （来源：Org. Lett.） 最后，作者提出了可能的反应机理（图7）。首先，激发态光催化剂Ir(III)*通过单电子转移还原O-酰基肟1，得到亚胺自由基I和羧酸根阴离子ArCO2-。随后，在TMSCN及羧酸根阴离子ArCO2-存在的条件下，Ir(IV)物种氧化LCuICN，得到LCuII(CN)2活性物种的同时再生Ir(III)物种。LCuII(CN)2活性物种能够有效捕获亚胺自由基I，得到高价的CuIII复合物II。最后通过还原消除得到氰基亚胺3并且再生LCuICN物种，完成反应的铜催化循环。 图7. 可能的反应机理 （来源：Org. Lett.） 南京大学俞寿云教授课题组通过可见光氧化还原与铜协同催化，采用O-酰基肟和O-酰基羟酰胺作为氮自由基前体，实现了结构多样的氰基亚胺和氰基胺类化合物的合成。该方法具有高收率、条件温和、官能团兼容性良好和底物适用范围广泛等特点，是一种新型的合成氰基亚胺和氰基胺的有效方法。相关成果发表在Org. Lett. 上，该论文的第一作者是南京大学博士生张昊。南京大学俞寿云教授和河海大学张爱华副教授为本论文的共同通讯作者。
