西安交大科研人员在聚醚C–H键可控功能团化研究方面取得重要进展

聚乙二醇（PEG）由于其良好的水溶性、无毒性以及与碱金属易配位性等特点，被广泛运用于界面修饰、生物官能团化、药物传载、水凝胶合成以及固态电解质等领域。聚乙二醇的官能团转化在其中扮演着举足轻重的角色。然而，受限于其特殊的分子结构，聚乙二醇官能团转化往往只能发生于末端羟基，而主链中广泛存在的C–H键由于较高的键能以及较低的极性，其官能团化极具挑战也鲜有报道。其中，关键的科学问题和反应转化难点就是如何发展高活性催化体系实现相对惰性的C–H键高效转化并且抑制活性更高的C?O键断裂。

铁是丰富且价格低廉的丰产过渡金属，而光诱导能量转移可以极大改变或提升铁催化活性，因此，光诱导铁催化近年来引起了化学家的广泛关注。研究表明，在可见光的作用下，受激发的铁催化剂会发生配体到铁的电荷转移（从Fe(III)?X到Fe(II)和X?），自由基转移可以实现C?H键裂解，进而促进活性碳自由基的形成，再通过自由基加成以及自由基淬灭为构建C?C、C?N、C?O和C?X键提供有效工具。

西安交大化学学院曾荣教授自2018年回国以来，也一直致力于廉价铁金属催化体系的开发以及在惰性键活化中的应用。近日，该团队结合光促铁催化策略，报道了首例可控聚醚C–H键烷基化反应，高效地实现了聚醚类化合物的主链C–H键官能团化。反应无明显降解产物，表明活性更高的C?O键断裂得到了显著抑制。该反应具有条件温和、催化活性高、催化剂廉价易得、优秀的聚醚普适性、良好的功能团容忍性等优点。

该方法可以进一步应用于新型水凝胶材料的合成和固态电解质锂离子电导率的提升。

该研究成果日前以《光促铁催化聚醚化合物的可控碳氢键烷基化》（Controllable C–H Alkylation of Polyethers via Iron Photocatalysis）为题发表在化学顶级期刊《美国化学会会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该论文第一作者为西安交大化学学院2020级博士研究生张宗楠，论文通讯作者是海外高层人青年人才、西安交大青年拔尖人才计划入选者、小米青年学者曾荣教授和南京大学王敏燕教授，西安交通大学为第一通讯单位。此外，西安交通大学分析测试中心冯超和常刚在核磁共振（NMR）分析中提供了支持。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c01100

曾荣教授课题组主页：

https://gr.xjtu.edu.cn/web/rongzeng/welcome