上海交大申濤團隊Nat. Synth.：電光共催化的脂肪羧酸脫羧鄰位雙氯化反應

近日，上海交通大學變革性分子前沿科學中心申濤副教授團隊在Nature Synthesis上發表了題為“Electrophotocatalytic decarboxylative vicinal dichlorination of aliphatic carboxylic acids”的最新研究成果。該研究通過結合光催化與電化學，利用 1,2-二氯乙烷同時作為溶劑和氯源，首次實現了脂肪族羧酸的脫羧鄰位雙氯化反應，將廉價易得的羧酸直接轉化為高價值的鄰位雙氯代物。這一突破不僅為有機合成提供了全新的高效工具，也為藥物分子和天然產物的后期精準修飾開辟了新路徑。

脫羧官能團化是合成化學中的經典策略，但現有方法多局限于單一的脫羧單官能團化。如何將脫羧過程與相鄰 C–H 鍵的選擇性活化相結合，實現一步構建兩個化學鍵的“鄰位雙官能團化”，一直是該領域亟待解決的難題。其核心挑戰在于：在溫和條件下同時活化惰性的 C–COOH 鍵及鄰近的 C(sp3)–H 鍵，并精準調控反應的位點選擇性與化學選擇性。針對這一挑戰，基于申濤團隊對光電催化連續多位點官能團化的持續興趣（Nat. Chem.2026, 18, 656–668；Angew. Chem. Int. Ed.2026, e22498；Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, e202508166；Nat. Commun.2025, 16, 6115），研究團隊創新性地提出了“電光共催化”的策略（圖1）：首先利用光催化將羧酸高效轉化為烯烴中間體，隨后通過電化學方法對原位生成的烯烴進行鄰位雙氯化。該策略選用1,2-二氯乙烷（DCE）兼具溶劑與唯一氯源的雙重功能，無需額外添加化學計量氧化劑或專用氯化試劑，實現了反應過程的綠色、經濟及可持續化。

圖1. 脂肪族羧酸脫羧雙氯化反應

本工作的核心創新在于實現了“脫羧”與“鄰位C–H轉化”的級聯耦合。研究團隊首先利用銥配合物與三價鈷催化劑的協同光催化體系，促使羧酸脫羧并原位生成烯烴；隨后，在電化學過程中，陽極氧化氯離子產生活性氯物種并與烯烴加成，陰極則還原DCE以再生氯離子，從而構建起閉環的“氧化-還原-加成”反應鏈條。在此過程中，光催化與電化學過程正交運行、互不干擾；通過精準調控電極電位與溶劑體系，有效抑制了直接脫羧成烷烴、自由基單鹵化及烯烴過度氧化等副反應，確保了反應的高選擇性與高效率。

該方法底物適用范圍，展現出優異的官能團耐受性。無論是簡單的直鏈烷基羧酸、環狀羧酸，還是結構復雜且含有多種敏感官能團的藥物分子和天然產物（如氨基酸、甾體、脂肪酸衍生物等），均能以中等至良好的產率轉化為目標鄰位雙氯代產物。值得注意的是，該方法對β-氨基酸、不飽和酸（如炔烴類）等挑戰性底物同樣適用，并表現出卓越的立體選擇性（非對映體比例 >20:1）。此外，研究團隊成功實現了克級規模的放大實驗，并創新性地利用市售肥皂（高級脂肪酸鈉鹽混合物）作為原料，直接合成了一系列不同鏈長的二氯代烷產物，充分彰顯了該策略從實驗室研究向工業應用轉化的巨大潛力。

深入的機理研究表明，該反應遵循一個清晰的“兩步”級聯路徑（圖2）。首先，光催化部分負責脫羧生成烯烴中間體；隨后，電化學部分負責對烯烴進行鄰位雙氯化。自由基捕獲實驗、電極電位監測和循環伏安分析等一系列研究排除了自由基反應路徑和氯氣直接參與的反應途徑，證實了反應是通過陽極氧化氯離子生成活性親電氯物種、進而與烯烴加成的離子途徑進行的。光催化和電化學的成功結合，使得反應中兩個互不兼容的活性中間體能依次、穩定地生成和轉化，最終實現分子編輯過程。

圖2. 可能的反應機理

綜上，上海交通大學申濤團隊的工作不僅為鄰位二氯代物的合成提供了一種前所未有的簡潔、高效、綠色的方法，更重要的是，它提出了一種“電光催化級聯”的通用策略，為未來設計更多類型的脫羧鄰位雙官能團化反應奠定了基礎。這一策略的成功，將極大推動綠色合成化學和后期藥物修飾領域的發展。

該研究成果以“Electrophotocatalytic decarboxylative vicinal dichlorination of aliphatic carboxylic acids”為題發表于Nat. Synth.。上海交通大學變革性分子前沿科學中心申濤副教授為通訊作者，上海交通大學博士生崔坤為第一作者。本研究得到了國家自然科學基金（22301179、2247115、22401164），中央高校基本科研業務費專項資金（24X010301678、23X010301599），優秀青年科學基金項目（海外），上海交大“2030計劃”及滾動支持 （WH510363003/014），上海市啟源公益基金，上海市科學技術委員會重大項目, 新一代人工智能國家科技重大專項（2025ZD0121904）, 福建省自然科學基金（2021J05280）以及福建省引進高層次人才項目（01102801）, 仲英青年學者、小米青年學者等資助。

導師介紹

申濤，上海交通大學變革性分子前沿科學中心長聘教軌副教授，PI，博士生導師，2017年在北京大學獲得博士學位，導師為焦寧教授，2018-2022于Tristan Lambert 教授課題組進行博士后研究，2022年入職上海交通大學，課題組主要圍繞惰性鍵的選擇性活化與重組，綠色合成化學等展開研究。近五年以第一/通訊作者在Science, Nature, Nat. Chem., Nat. Synth., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun.等發表研究論文20余篇。入選國家高層次人才計劃，上海市領軍人才計劃，上海科技青年35人引領計劃，上海交通大學“2030計劃”及滾動支持。榮獲首屆上海啟源青年學者，仲英青年學者（Tang Scholar），小米青年學者，Thieme Chemistry Journals Award，教育部自然科學一等獎，中國新銳科技人物杰出成就獎，達摩院青橙獎“最具潛力獎”，NHU-CJC Innovation Award等榮譽，目前擔任Chinese Chemical Letters青年編委。

熱忱歡迎對有機合成化學，綠色合成化學的博士后和研究生加入！

課題組網站：https://www.x-mol.com/groups/shen_tao

來源：上海交通大學變革性分子前沿科學中心