近日，上海科技大学物质科学与技术学院高得伟课题组发展了胺基自由基促进的光/镍协同催化策略，成功实现了惰性烷基硼酸酯与烷基卤化物的高效偶联反应。该工作突破了传统偶联反应构建C(sp³)–C(sp³)键的诸多瓶颈，为化学键的高效构建提供了全新方法，研究成果发表于美国化学会期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。
Suzuki-Miyaura偶联反应是构建C(sp²)–C(sp²)键的经典方法，因其优异的底物兼容性与适用性，已成为合成化学、药物研发及材料科学领域的核心工具。相比之下，C(sp³)–C(sp³)键作为sp³特征生物活性分子的关键结构单元，其高效、高选择性的构建仍是有机合成领域长期面临的重要挑战。核心难题在于：烷基频哪醇硼酸酯（APEs）的自由基生成难度大、烷基亲电试剂反应活性低，且反应过程中存在竞争性的β-氢消除过程。因此，开发以低毒、稳定性的APEs为前体的C(sp³)–C(sp³)构建新方法，对推动有机合成方法学发展及促进药物分子创制具有重要的科学意义和应用价值。
高得伟课题组聚焦于“硼基转化过程中的立体选择性与反应活性调控”这一关键科学问题，在手性硼化合物的不对称合成及惰性烷基C–B键活化转化领域取得系列成果。最近，课题组利用胺基自由基活化APEs，并结合光/镍协同策略，经由卤原子转移过程，成功实现了惰性烷基硼酸酯与烷基卤化物的高效偶联反应。该方法反应条件温和，底物适用范围广，官能团耐受性优异，不仅可兼容游离醇羟基、酚羟基、羧酸等多种官能团，还能高效实现1,n-烷基双硼化合物的选择性烷基化、烯基化、炔基化与芳基化（图1）。
图1. 研究背景以及课题设想
为阐释反应机理，课题组采用自由基捕获、紫外-可见吸收光谱分析、循环伏安法测试、Stern-Volmer荧光淬灭、密度泛函理论（DFT）计算等进行了系统化分析（图2）。结果证明，该反应遵循自由基反应路径：激发态的光催化剂氧化仲胺生成胺基自由基正离子，脱质子后形成关键的胺基自由基，进而与APEs硼中心空p轨道发生相互作用，发生自由基转移生成烷基自由基。镍(0)催化剂与烷基溴化物发生卤原子转移过程，生成烷基镍(II)物种。胺基自由基对1,n-烷基双硼酸酯中的一级C–B键的活化能比二级C–B键低3.0 kcal/mol，是实现位点选择性的根本原因。体系中烷基镍(III)中间体经还原消除步骤生成目标产物，为整个反应的速率决定步骤，其自由能垒为20.3 kcal/mol。
图2. 机理研究
上海科技大学博士研究生张玉文为本文的第一作者，高得伟教授为通讯作者，上海科技大学为唯一通讯单位。
论文标题：Aminyl Radical-Enabled Photoredox/Nickel-Catalyzed C(sp3)–C(sp3) Suzuki-Miyaura Cross-Coupling via Halogen-Atom Transfer Strategy
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