用户前沿丨清华大学，Science

点击反应具有快速、高产、高选择性偶联的特点，是合成的有力工具，但很少是可逆的。以精确和按需的方式逆转这种耦合的创新策略，实现点击剪辑序列，将大大扩展该技术的多功能性。在此，清华大学徐江飞副研究员等人通过操纵硫嘧啶键证明了点击和剪辑反应对。吩噻嗪和胺通过与N-溴琥珀酰亚胺形成氧化硫噻嗪键快速定量偶联，然后生成的溴巯胺在380纳米处通过光还原量还原为吩噻嗪和胺。该方案能够制造可解聚的大分子和氨基糖的可逆修饰，在复杂系统中表现出操纵硫嘧啶键的高选择性和效率。

相关文章以“Radical-mediated click-clip reactions”为题发表在Science上。

以高保真度高效耦合和解耦分子单元是化学领域面临的一项基本挑战。在这种情况下，点击化学是指以接近理想的方式连接反应物对的反应类别，具有快速动力学、高效率和产率、出色的选择性和保真度，以及与各种条件的兼容性。因此，点击反应已广泛用于化学内外的不同研究领域。然而，分子的精确修饰通常需要选择性地裂解某些化学键。高效的键裂解反应，也称为剪切反应，在需要分子修剪的研究中具有重要意义，例如聚合物可持续性和生物大分子的动态修饰。如果将点击反应和剪切反应配对在一起以操纵相同的分子键，构成点击-剪切序列，那么这些转化不仅可以实现快速和定量耦合，而且还将提供精确解耦回原始底物的能力。尽管点击化学技术使用方便且广泛，但解耦形成的键并返回原始底物并非易事。难点之一在于，点击反应通常由大量释放的自由能驱动，因此需要同样大甚至更大的能量输入来逆转它们，从而导致选择性控制问题。迄今为止，只有少数系统，例如基于三唑啉二酮和Meldrium酸衍生物的点击反应，通过策略实现了点击键的切割，这需要反应性底物来替代形成的键以断开连接。

点击反应通常包括一种或多种具有高能量含量的反应物。鉴于自由基物质的高反应性，自由基化学可以为Click-Clip反应的发展提供机会。设想在产生自由基后，该自由基可以快速形成新的共价键，从而满足点击反应的先决条件。此外，新形成的共价键的均解可以再生相同种类的自由基，这可能是剪辑反应的关键步骤。尽管已经有几篇基于自由基中间体的动态共价键的报道，但仅通过自由基结合和解离构建的可逆平衡与点击剪辑反应的标准相去甚远。换句话说，点击和筛选过程应该是一对单独的反应，两者都具有高产率和动力学。在这种情况下，引导设计了自由基介导的多步反应，其中底物通过外部试剂或催化剂连续转移到自由基以进行偶联，而形成的键可以裂解成自由基，以便进一步解耦回原始组分。

本文报道了吩噻嗪和胺之间的点击夹反应，分别涉及在氧化和还原条件下硫嘧啶键的形成和裂解（图 1）。吩噻嗪是一组杂环，蒽支架的9位和10位被氮原子和硫原子取代。吩噻嗪和胺可以通过氧化点击反应快速、定量地生成硫嘧啶，其中吩噻嗪自由基阳离子通过氧化产生，随后与胺偶联。硫嘧啶可以通过光还原夹反应精确解耦，其中硫胺键的光诱导均解产生一对自由基，然后还原得到吩噻嗪和胺。

图1：自由基介导的点击剪辑反应。

图2：氧化点击反应的条件、动力学和范围。

图3：参与氧化点击反应的PTZ1?+和PTZ12+中间体的鉴定。

图4：光还原反应的反应范围和机理研究。

图5：对氨基糖的可逆胺修饰。

图6：通过点击反应进行聚合和解聚。

Jiantao Zhao, Huacheng Yu, Xingchen Jin, Bo Qin, Shan Mei, Jiang-Fei Xu*, Xi Zhang,Radical-mediated click-clip reactions, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn2259

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清华大学徐江飞团队通过操纵硫嘧啶键证明了点击和剪辑反应对。文中通过爱丁堡纳秒瞬态吸收光谱仪LP980确认了自由基重组速率常数，对其进一步的反应机制进行了解释。爱丁堡LP980可应用于光化学反应，光催化以及环境污染物降解等领域，欢迎咨询。