自由基-极性交叉是自由基化学中的经典概念，它指的是自由基物种可通过单电子转移过程转化成极性物种。借助自由基-极性交叉，许多自由基反应可以同时利用自由基物种和极性物种的反应特性，实现新型化学键的构建。比如用于碳碳键构建的Nozaki−Hiyama−Kishi（NHK）反应，即铬催化醛与烷基亲电试剂的偶联反应（图1a），其核心步骤就是碳中心自由基通过与二价铬物种的结合实现自由基-极性交叉，生成关键的三价烷基铬物种，随后与羰基发生极性插入，构建新的碳碳键。
图1 自由基-极性交叉模式与自由基缓冲成键模式 近日，武汉大学戚孝天教授与德国明斯特大学Frank Glorius教授合作，提出了一种新型的自由基成键方式——自由基缓冲成键模式（radical buffering）。理论计算研究表明，当自由基物种具备足够的稳定性和亲核性时，NHK反应中的三价烷基铬物种更倾向于发生碳-铬键的均裂，重新生成游离自由基，最后通过自由基对铬-羰基络合物的亲核加成构建新的碳碳键（图1b）。该过程中自由基与金属催化剂的相互作用类似于缓冲溶液，自由基可以被金属中心稳定，也可以通过碳-金属键的均裂再生，高效的完成后续反应。 图2 自由基缓冲成键模式普适性研究 作者从自由基稳定性、亲核性和位阻效应等角度出发，系统论证了自由基缓冲成键模式的合理性和普适性（图2）。该模式不仅适用于位阻较大的二级和三级烷基自由基，还适用于稳定性较强的一级α-N自由基和苄基自由基。其余的一级烷基自由基、强亲电的苄基自由基和α-π自由基均倾向传统的自由基-极性交叉模式。铬碳键的BDE和自由基的亲电亲核性可以作为判断两种机理之间切换的标准。作者根据计算结果设计了验证性实验，通过不同自由基反应速率的差异证明了理论计算预测的自由基活性顺序，验证了自由基缓冲成键模式的合理性。 图3 验证性实验 最后，作者根据自由基缓冲成键模式中金属羰基耦合自由基加成的特点，建立了反应立体选择性控制模型：醛与铬和手性配体的氮原子共平面，自由基从平面上方进攻羰基碳，配体与自由基之间的相互作用主导了立体选择性控制。该工作建立了一个与自由基-极性交叉机理正交的成键模式，为自由基反应开辟了全新的研究方向。 图4 理论预测自由基缓冲成键模式的立体选择性控制模型
论文信息 Mechanism Switch Between Radical-Polar Crossover and Radical Buffering Minghao Xu, Yan-Bo Li, Huamin Wang, Frank Glorius, Xiaotian Qi Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202500522
