普林斯顿MacMillan团队JACS 苄胺与羧酸叔醇直接偶联构建C(sp3)-C(sp3)键

在有机合成与药物化学领域，羧酸、醇和胺是最基础且应用最广泛的官能团。苄胺作为代表性化合物，来源丰富、化学性质稳定且便于储存，尤其是含杂环的苄胺，在药物分子设计中十分常见。然而令人费解的是，尽管苄胺如此普遍，将其作为烷基自由基前体用于C(sp³)–C(sp³)键构建的研究却极为稀少。

事实上，胺与羧酸之间最常见的反应是形成酰胺键，这已是广为人知的基础转化。但若要将它们直接转化为新的碳碳键，可用的方法屈指可数。至于苄胺与醇的直接偶联，更是凤毛麟角。因此一个明确的问题浮现：能否开发一种全新策略，直接利用这些天然存在的苄胺、羧酸和醇作为原料，实现高效的C(sp³)–C(sp³)偶联？如果成功，将对药物分子和复杂骨架的快速构建产生重大影响。

研究思路

面对这一挑战，MacMillan团队提出了金属光氧化还原催化体系，核心思路是将苄胺与羧酸或叔醇进行脱胺交叉偶联。该设计的灵魂在于“自由基分类”策略。研究人员首先将苄胺转化为Katritzky盐，在光催化条件下释放苄基自由基；与此同时，羧酸通过脱羧、叔醇通过脱氧过程产生三级烷基自由基。

但问题随之而来：如果体系中同时存在两种自由基，它们极易随机碰撞，导致选择性下降。如何解决？作者引入了Fe-卟啉催化剂来破局。核心逻辑是：该催化剂优先“捕获”苄基自由基，形成Fe–C中间体，随后三级烷基自由基通过SH2过程（双分子均裂取代）进攻铁中心，最终实现定向交叉偶联。这种设计不仅跳过了传统镍催化中繁琐的氧化加成和转金属化步骤，还有效抑制了自由基之间的自偶联副反应。

反应机理

整个机理可拆解为三个关键步骤。

首先，羧酸在碱作用下转化为羧酸盐，随后被激发态的光催化剂氧化，迅速脱羧生成三级烷基自由基。与此同时，Katritzky盐接受电子后发生β断裂，释放出苄基自由基。

第二步，生成的苄基自由基被Fe(II)-卟啉牢牢捕获，形成Fe(III)-苄基物种。接着，第二步产生的三级烷基自由基与该铁中间体发生SH2反应，构建出全新的C(sp³)–C(sp³)键，同时顺利再生铁催化剂。

控制实验中，研究人员还检测到了苄基自由基的二聚副产物。这一发现不仅为苄基自由基中间体的存在提供了直接证据，也进一步支持了上述提出的机理模型。

底物适用性：多种苄胺与羧酸均能顺利参与反应

在苄胺底物拓展方面，结果令人满意。无论是给电子还是吸电子取代基，都能获得较高收率。酯基、磺酰胺、溴原子、硼酸酯等合成中常见的官能团，均能耐受反应条件。

值得一提的是，多种药物化学中常见的五元杂环苄胺——如吡唑、咪唑、四唑——均表现出良好的兼容性。特别是四唑底物的成功转化意义重大：四唑常被视为羧酸的生物电子等排体，这为后续分子设计开辟了新思路。

在羧酸一侧，α-三级羧酸、氨基酸衍生物乃至糖类衍生物都能顺利参与偶联。部分底物以优异的非对映选择性生成产物，显示出该方法在手性分子构建中的潜力，值得关注。

叔醇偶联体系：实现季碳中心的快速构建

除羧酸外，作者还将反应扩展至叔醇体系。叔醇在苯并噁唑鎓活化剂作用下原位转化为自由基前体，随后通过光氧化生成三级烷基自由基。

研究结果令人振奋：各种环状叔醇、螺环叔醇、稠环叔醇均能获得良好收率。即使面对较大的空间位阻和较高的环张力，反应依然顺利进行。利用该方法可高效构建全碳季碳中心——这类结构在药物化学和天然产物合成中长期以来都是棘手挑战。相比之下，一、二级醇难以适用该体系，这与相应自由基的亲核性较弱有关。

总结

这项工作的一大亮点是首次实现了苄胺与叔醇之间的直接脱胺C(sp³)–C(sp³)交叉偶联，同时也为苄胺与羧酸的偶联建立了新方法。反应使用廉价易得的天然官能团，通过光催化与铁卟啉催化协同作用，实现了基于SH2自由基分类控制下的高选择性碳碳键构建。该方法学具有广泛的底物兼容性，能够耐受复杂杂环、药物分子以及糖类衍生物，并成功应用于复杂活性分子的修饰、半饱和芳环骨架的构建以及手性吡咯烷衍生物的合成——可以说，应用前景十分广阔。

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