研究背景
烷基C–H鍵的官能化是復雜分子合成與轉化中的關鍵步驟，在醫藥、農業和材料化學等領域備受關注，因其能夠實現高效、多樣化的C–H鍵轉化，成為研究熱點。然而，在復雜分子環境下，缺乏導向基團時如何實現C–H鍵的位點選擇性官能化仍然是一大挑戰。此外，現有的C(sp3)–H鍵官能化方法多依賴于氫原子轉移（HAT）策略，但通常受限于特定的轉化類型，難以實現多種官能團的靈活引入。針對這一問題，康奈爾大學林松教授課題組在“Nature Chemistry”期刊上發表了題為“Light-activated hypervalent iodine agents enable diverse aliphatic C–H functionalization”的最新論文。開發了一種高價碘試劑，該試劑在溫和的可見光照射下釋放出高效的氫原子提取劑，從而實現C–H鍵的選擇性活化。研究表明，該方法可用于廣泛基質的選擇性（N-苯基四唑）硫代化，并通過改變自由基捕獲劑，進一步拓展至C–S、C–Cl、C–Br、C–I、C–O、C–N、C–C和C=C鍵的直接轉化。這一研究成果為C–H鍵的高效、多樣化官能化提供了一種通用平臺，突破了傳統HAT方法在自由基捕獲方面的局限性，為有機合成和分子多樣性構建提供了新的思路。
研究亮點
(1) 本研究首次開發了一種高價碘試劑 PIMS（phenyliodine(III) bis(hexamethyldisilazide)），在溫和的光化學條件下釋放高效的氫原子提取劑，實現了脂肪族 C–H 鍵的官能化。(2) 通過 PIMS 試劑的光誘導分解，研究人員成功生成了 HMDS? 自由基，并證明其可高效進行 C–H 鍵氫原子提取，隨后利用不同的自由基捕獲劑（RTA）實現了 C–H 鍵的多樣化轉化。
① 該方法首次實現了 N-苯基四唑硫基化（N-phenyltetrazole thiolation），并在多種底物中展現了廣泛的適用性。
② 研究進一步展示了硫化產物的合成實用性，可通過衍生化轉化為其他官能團。③ 通過改變自由基捕獲劑，該方法成功拓展至 C–S、C–Cl、C–Br、C–I、C–O、C–N、C–C 和 C=C 等多種鍵的形成，證明其在 C–H 鍵轉化中的通用性。 ④ 該策略突破了以往 HAT 體系的局限性，實現了 HAT 過程與自由基捕獲過程的解耦，從而提供了更廣泛的反應適用性和更高的自由度。
圖文解讀
結論展望
本研究提出了一種全新的C–H鍵官能化策略，通過設計高價碘(III)試劑PIMS，實現了氫原子提取與自由基捕獲的完全解耦。這一創新突破了以往方法中自由基捕獲劑受限于催化循環或自由基鏈傳遞的瓶頸，顯著拓寬了可用的自由基捕獲劑范圍，從而實現了C–H鍵向多種官能團的直接轉化。該方法不僅適用于惰性和活性C–H鍵，還能高效作用于復雜分子，為藥物及功能分子的后期修飾提供了新的技術路徑。此外，PIMS試劑在溫和光化學條件下釋放HMDS?自由基，為C–H活化提供了強大的熱力學驅動力，同時避免了強堿條件對底物兼容性的限制。這一研究為C–H鍵直接轉化提供了一種通用、模塊化的方法，未來有望在有機合成、材料化學及藥物化學領域發揮重要作用，推動綠色、高效、選擇性C–H官能化反應的發展。Lu, Z., Putziger, J. & Lin, S. Light-activated hypervalent iodine agents enable diverse aliphatic C–H functionalization. Nat. Chem. (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-025-01749-4
