恃弱凌强：《JACS》报道新方法，选择性活化酰胺中键能较强的N-H键

在自由基历程的化学键均裂活化中，氢原子转移（Hydrogen atom transfer, HAT）是一种十分经典的机制，该机制一般涉及到受体和高价金属氧化物，氢原子转移速率快慢与化学键的强弱相关，所以醇、酰胺中相对较强的O-H、N-H键较难发生选择性均裂。质子耦合电子转移反应(Proton-coupled electron transfer, PCET)是化学或生物转化过程中十分普遍的一类反应，但在有机合成方面的应用研究相对较少，该过程中一个电子和一个质子来源于同一个供体，转移到两个不同的受体上。

美国普林斯顿大学的Robert Knowles教授研究小组通过质子耦合电子转移反应，在键能较弱的C-H键存在的情况下，选择性地活化酰胺分子中键能较强的N-H键，产生酰胺自由基，并实现烯烃的串联胺化烷基化反应。该成果近日发表在《JACS》上。

在摸索最优催化条件时，Knowles教授首先考虑了理论计算，而不是传统有机合成化学家在发展新方法时候所用的大量筛选条件和试错。采用华盛顿大学的James M. Mayer教授发展的热力学公式计算了不同的铱催化剂/弱碱体系下能发生均裂的化学键的最大键能(Bond dissociation free energy, BDFE)，即“形式BDFE”。

计算所得的“形式BDFE”与这些体系的实际实验结果对比，发现二者存在相关性，即：“形式BDFE”大于（或相近）底物中酰胺N-H（BDFE = 99 kcal/mol）时，实验效果较好；反之，“形式BDFE”低于底物中酰胺N-H的BDFE值时，几乎不发生反应。

主要研究工作由Knowles研究小组的研究生Gilbert Choi完成。Choi称：“看到这个公式有一定的指导作用，令人非常激动。”随后，采用反应效果较好的铱催化剂/弱碱的两组分催化体系，Choi继续探索了该反应的底物范围以及反应机理。

该研究为PCET催化及相关新反应发展打下了坚实的基础。Knowles教授称：“利用PCET为催化反应平台的想法比反应本身更有价值，人们可以用这种想法去研究更多我们尚未考虑过的事情”。

1. http://www.sciencedaily.com/releases/2015/07/150728165228.htm

2. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5b05377