近日，我院韩维教授团队在仿酶催化烷类惰性C−H键官能化领域取得重要研究进展。该研究成果以“Iron-Catalyzed Alkynylation of Strong Aliphatic C−H Bonds”为题，发表于化学领域国际权威期刊《Angewandte Chemie International Edition》（论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202518736）。

炔作为合成化学中最具价值的官能团之一，兼具稳定性和反应活性，能够实现多种化学转化，在有机合成、化学生物学及材料科学等领域应用广泛。然而，烷烃来源丰富但化学性质惰性，其C–H键的选择性转化与直接官能化一直是有机合成领域的重大挑战。

自然界中的细胞色素P450酶能够高效催化非活化脂肪族C–H键的官能化，其活性中心含由半胱氨酸残基和铁(III)卟啉组成，可被氧分子或过氧化氢氧化为高活性的Fe(IV)=O中间体，从而实现C–H键的活化。受此启发，发展能够模拟酶功能、同时抑制“氧反弹”副反应的合成催化剂，是当前催化化学研究的前沿课题之一。

韩维教授团队近年来致力于开发仿生催化体系，近期成功设计并合成了一种基于L-半胱氨酸结构的双肽配体（BCPOM）（Science, 2021, 374, 77-81），该配体能显著降低Fe(III)/Fe(II)对的还原电位，从而有效减缓氧反弹速率，为烷基自由基的捕获与转化提供了关键窗口。

图1. C（sp3）-炔基化反应概述

在该工作中，研究团队发展了一种高效、绿色的铁催化体系。该体系以环境友好的H2O2为氧化剂，在乙腈/水混合溶剂中，于80°C、氮气气氛下进行反应，条件温和、操作简便。该催化系统可在仅使用2当量烷烃底物的条件下，实现脂肪酮、酯、腈、卤化物、醚及胺等多种官能化分子的远端C(sp³)–H键高效区域选择性炔基化。尤其值得注意的是，该方法可对天然产物及药物分子的惰性C–H位点进行直接修饰，实现“后期官能化”，显著提升了合成效率与步骤经济性。此外，该反应体系具备良好的官能团兼容性与可扩展性，能在一锅反应中同时生成两至三个具有合成价值的结构模块，为复杂分子的快速构建及多样性导向合成提供了有力工具。

图2. C(sp³)–炔基化反应概述

这项研究展示了一种基于P450酶仿生策略构建的铁氧高价态物种（Fe(IV)=O）催化平台，成功模拟了细胞色素P450酶的氢原子攫取能力，同时通过配体调控有效规避了氧反弹途径。该工作不仅为惰性烷烃C–H键的直接官能化提供了新方法，也为发展可控的自由基反应及铁氧高价态催化化学开辟了新途径，且在药物合成、材料化学及能源转化等领域具有重要应用前景。

这一成果近期正式发表在Angewandte Chemie International Edition 上，化科院韩维教授为论文唯一通讯作者，博士生黄启平、博士生程璐为共同第一作者，南京师范大学为唯一通讯单位。特别感谢国家自然科学基金、江苏省高校自然科学重大项目、江苏省青蓝工程和江苏省合成生物基础研究中心等项目的支持。