《Nature》北大焦寧團隊突破百年難題！烯烴直接轉(zhuǎn)化為炔烴！

炔烴作為原料化學(xué)品和官能團，在有機化學(xué)中應(yīng)用廣泛。然而，炔烴加氫生成烯烴的方法已發(fā)展成熟，而其逆反應(yīng) —— 烯烴向炔烴的轉(zhuǎn)化，典型方法仍基于 19 世紀(jì) 60 年代報道的消除化學(xué)，且需苛刻的反應(yīng)條件（強堿或高溫），這限制了該方法在官能化分子中的廣泛應(yīng)用。

近日，北京大學(xué) 焦寧團隊 報道了 一種利用可回收硒蒽試劑在溫和條件下實現(xiàn)烯烴直接脫氫轉(zhuǎn)化為炔烴的通用方法，解決了有機合成領(lǐng)域中烯烴向炔烴轉(zhuǎn)化的百年難題 。該方法對經(jīng)典離去基團和敏感官能團均展現(xiàn)出良好的兼容性，可應(yīng)用于復(fù)雜炔烴的 后期 高效合成。此外，該反應(yīng)體系還能實現(xiàn)現(xiàn)有方法無法完成的 Z/E 烯烴構(gòu)型反轉(zhuǎn)或立體分選，凸顯了其在下游多樣化衍生化中的潛力。【 Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10372-3 】

試劑設(shè)計與反應(yīng)條件開發(fā)

團隊基于對烯烴氧化轉(zhuǎn)化的研究基礎(chǔ)，結(jié)合硒試劑的高反應(yīng)性、優(yōu)異離去基團能力，以及噻蒽雙雜原子結(jié)構(gòu)利于與烯烴發(fā)生環(huán)加成且易再生的特點，設(shè)計了將噻蒽中的硫原子替換為硒原子的硒蒽（S1）試劑，該試劑可通過一步反應(yīng)結(jié)合重結(jié)晶實現(xiàn)百克級規(guī)模制備，其氧化產(chǎn)物氧代硒蒽（S2）為該轉(zhuǎn)化的核心活性試劑。

研究開發(fā)了 A、B 兩種反應(yīng)條件：條件 A 無需額外加入計量硒蒽，由氧代硒蒽（S2）與三氟甲磺酸酐（Tf2O）生成活性硒物種，裝置更簡單，適用于耐氧化或?qū)涮崛∶舾械牡孜铮?strong>條件 B 加入計量硒蒽（S1），生成的活性物種反應(yīng)性更廣泛，適合復(fù)雜的官能化分子。以二氯甲烷或乙腈為溶劑、碳酸銫為弱堿時，35℃下 E-烯烴可順利反應(yīng)，炔烴分離收率達 80-90%；而未修飾的噻蒽在相同條件下主要生成共軛二烯副產(chǎn)物，且硒蒽衍生的活性物種對烯烴的反應(yīng)性顯著高于噻蒽（entry2 與 5 對比）。同時，堿的選擇對炔烴 - 二烯選擇性影響顯著，碳酸鉀、乙酸鉀等弱無機堿及三乙胺、DBU 等有機堿利于炔烴生成，吡啶則優(yōu)先產(chǎn)生共軛二烯。

底物范圍探索

該方法因溫和的消除條件，展現(xiàn)出極佳的官能團耐受性，突破了傳統(tǒng)方法的限制：不僅兼容烷基氯、溴、對甲苯磺酸酯、三氟乙酸酯、環(huán)氧基等經(jīng)典離去基團，還能耐受羧酸、胺、酰胺、疊氮、醛、炔烴等活性官能團，以及 Fmoc、三氟乙酰胺等保護基；富電子芳烴也可發(fā)生轉(zhuǎn)化并得到相應(yīng)炔烴產(chǎn)物，僅反應(yīng)效率略有降低。

該方法并非僅適用于 E-烯烴，將堿替換為氫氧化鈉或叔丁醇鉀后，Z-烯烴和端基烯烴也能順利轉(zhuǎn)化為炔烴，且 Z/E 烯烴混合物可高效轉(zhuǎn)化為相應(yīng)炔烴，得到傳統(tǒng)方法難以制備的產(chǎn)物。此外，反應(yīng)后的活性硒物種可還原為硒蒽（S1），幾乎能完全回收，經(jīng)間氯過氧苯甲酸（mCPBA）氧化可重新生成氧代硒蒽（S2）實現(xiàn)循環(huán)利用，提升了方法的實用性和經(jīng)濟性。

合成應(yīng)用

復(fù)雜分子的后期修飾：烯烴是天然產(chǎn)物和藥物中最常見的官能團之一，該方法的廣譜官能團兼容性使其可在含烯烴的天然產(chǎn)物、藥物中引入炔烴點擊單元，也可用于先進材料的官能化。對含多個烯烴的底物，反應(yīng)可實現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化；能耐受烯酮、不飽和酯、可氧化硫化物等結(jié)構(gòu)，對空間位阻烯烴可選擇性轉(zhuǎn)化位阻較小的雙鍵；同時兼容達沙替尼衍生物中的胺、嘧啶、噻唑，以及環(huán)肽中的吡嗪和多個肽鍵等含氮母核。

烷烴向炔烴的轉(zhuǎn)化：將該方法與烷烴脫氫反應(yīng)結(jié)合，可將儲量豐富的烷基基團轉(zhuǎn)化為高價值炔烴，大幅拓展了底物范圍。如環(huán)烷烴先通過已報道方法脫氫生成烯烴，再經(jīng)兩步序列轉(zhuǎn)化為炔烴，未反應(yīng)的烷烴還可回收利用。

烯烴構(gòu)型反轉(zhuǎn)：未活化烯烴的直接立體異構(gòu)化是合成化學(xué)難題，尤其是熱力學(xué)上不利的 E→Z 轉(zhuǎn)化。該方法通過構(gòu)建烯烴 - 炔烴的合成橋梁，結(jié)合炔烴已有的立體選擇性半還原反應(yīng)，實現(xiàn)了烯烴的構(gòu)型反轉(zhuǎn)（Fig.3c）。

Z/E 烯烴的立體分選：1、將堿替換為碳酸氫鈉時，可分離出具有立體專一性的烯基硒蒽鎓鹽中間體，該中間體不會進一步發(fā)生消除反應(yīng)：內(nèi)烯烴生成的中間體保留原有碳鏈構(gòu)型，端基烯烴則選擇性生成 E-構(gòu)型產(chǎn)物，與傳統(tǒng)鹵化-消除方法破壞內(nèi)烯烴立體化學(xué)、端基烯烴生成混合物的特點形成鮮明對比。2、鈀或鈷催化下，烯基硒蒽鎓鹽的 C–Se 鍵可被選擇性還原為 C–H 鍵，完全保留烯烴原始構(gòu)型，氘代標(biāo)記還原實驗證實氘僅在 C–Se 鍵位置引入（氘摻入率 80%），其他乙烯基位置無氘摻入。3、此外，三乙胺可選擇性促進 E-烯烴衍生的烯基硒蒽鎓鹽發(fā)生消除，而不影響 Z-烯烴的對應(yīng)中間體，實現(xiàn)了 Z/E 異構(gòu)體的化學(xué)區(qū)分。如 Z/E 比例為 1.3:1 的烯烴混合物，經(jīng)硒試劑、碳酸氫鈉、三乙胺和還原劑依次處理后，可選擇性生成 82% 收率的炔烴，并再生 63% 收率的 Z - 烯烴；4、該策略也適用于分子內(nèi)體系，含 Z/E 烯烴片段的底物中，Z-烯烴可被保留，E-烯烴則選擇性轉(zhuǎn)化為炔烴（收率 47%）。

機理研究

通過 1H、13C、77Se 核磁共振光譜及 X 射線晶體學(xué)表征，證實不同反應(yīng)條件下生成的活性硒物種存在差異：條件 A 下生成結(jié)構(gòu)明確的硒蒽二陽離子（60），條件 B 下生成穩(wěn)定的自由基陽離子（61），且兩種條件下烯烴官能化過程中均僅檢測到穩(wěn)定的單加合物（64–66）作為唯一中間體，該中間體可進一步消除生成烯基硒蒽鎓鹽（67-69）。

自由基鐘實驗（以 1,6 - 庚二烯為底物）：未檢測到環(huán)化產(chǎn)物，排除了分步自由基反應(yīng)路徑；活性硒物種還可與苯炔反應(yīng)生成陽離子三蝶烯類似物（74），證明反應(yīng)以環(huán)加成為引發(fā)步驟，且底物范圍可拓展至烯烴之外。

反應(yīng)選擇性的核心原因在于：锍離子比硒鎓離子具有更強的碳負(fù)離子穩(wěn)定能力，導(dǎo)致烯基锍鹽更易發(fā)生烯丙基質(zhì)子消除生成二烯，因此硒試劑在炔烴生成方面的選擇性顯著優(yōu)于硫試劑。

基于以上研究，提出反應(yīng)機理：條件 A 中，氧代硒蒽（S2）與 Tf2O 反應(yīng)生成高親電性的二陽離子物種（60），與烯烴發(fā)生 [4+2] 環(huán)加成生成單加合物中間體（65）；條件 B 中，過量硒蒽（S1）存在下生成自由基陽離子物種（61），其與烯烴發(fā)生類似的環(huán)加成生成中間體（75），并經(jīng)過量 61 單電子氧化收斂至同一中間體（65）；該共同中間體經(jīng)堿促進的分步消除生成烯基硒蒽鎓鹽，最終轉(zhuǎn)化為炔烴，同時硒骨架（S1）得以再生。

本研究開發(fā)了一種實用、高效的方法，可在溫和條件下將烯烴轉(zhuǎn)化為炔烴，該方法的核心是經(jīng)合理設(shè)計的可回收硒蒽試劑，其通過可調(diào)的氧化態(tài)驅(qū)動高效的結(jié)合-釋放循環(huán)，實現(xiàn)了將易得烯烴直接轉(zhuǎn)化為炔烴這目標(biāo)。該方法對經(jīng)典離去基團和敏感官能團具有優(yōu)異的兼容性，證明了其在分子后期編輯中的可行性，為高價值炔烴的合成提供了高效途徑，使炔烴更易獲取，進而為其作為通用中間體的更廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。同時，該反應(yīng)體系能實現(xiàn)現(xiàn)有策略無法完成的轉(zhuǎn)化，包括以炔烴為中間體的 Z/E 烯烴構(gòu)型反轉(zhuǎn)，以及對 Z/E 烯烴混合物中 E-烯烴的選擇性反應(yīng)，為合成創(chuàng)新提供了新機遇。機理研究證實，不同條件下生成的硒蒽二陽離子和自由基陽離子均通過環(huán)加成引發(fā)反應(yīng)，且硒試劑因自身結(jié)構(gòu)特點，在炔烴生成的選擇性上顯著優(yōu)于傳統(tǒng)硫試劑。該研究解決了烯烴向炔烴轉(zhuǎn)化的百年難題，為有機合成中的分子骨架編輯提供了全新工具，有望在藥物研發(fā)、材料合成等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

參考資料：Meng, J., Liang, Y., Xu, R. et al. Direct conversion from alkenes to alkynes. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10372-3

研究團隊主要來自北京大學(xué)，焦寧為通訊作者，蒙駿鴻與焦寧構(gòu)思并設(shè)計實驗，蒙駿鴻、梁亦奇等完成大部分實驗工作，全體作者參與數(shù)據(jù)分析與論文討論，蒙駿鴻與焦寧撰寫論文。