清华大学今日Science，可逆点击反应！

一、【科学背景】

高保真高效地耦合和解耦分子单元是化学中的一个基本挑战。在此背景下，点击化学是指以接近理想的方式连接反应物对的反应，具有快速的动力学、高效率/收率、优异的选择性和保真度，此外还与各种反应条件兼容。因此，点击反应已被广泛应用于化学及其他领域。然而，分子的精确修饰通常需要选择性地切割某些化学键。高效的键断裂反应，也称为剪切反应，在需要分子修剪的研究中具有重要意义，例如在聚合物可持续性和生物大分子的动态修饰中。如果点击反应和剪切反应配对在一起来操纵相同的分子链，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的偶联，还可以提供精确解耦回原始底物的能力。尽管点击化学的使用方便且广泛，但将形成的链接解耦并返回原始底物并非易事，这是由于点击反应往往有较大的热力学驱动力，生成的分子连接不易发生选择性的断键。

二、【创新成果】

基于此，清华大学徐江飞副研究员、张希院士在Science发表了题为“Radical-mediated click-clip reactions”的论文，基于硫亚胺的成键和断键，建立了吩噻嗪和胺之间的点击—剪切反应。具体的，在室温和空气气氛下，吩噻嗪衍生物和胺在乙腈和水的混合溶剂通过与N-溴琥珀酰亚胺形成氧化亚磺酰亚胺键而快速定量偶联，然后通过380 nm的光还原，硫亚胺键发生剪切反应定量转化为吩噻嗪和质子化的胺。机理研究表明，成键反应和断键反应均经由关键的吩噻嗪自由基阳离子中间体进行。该方案能够制备可解聚的大分子或对氨基糖进行可逆改性，证明了在复杂系统中操纵亚磺酰亚胺键的高选择性和高效性。

图1  自由基介导的点击—剪切反应示意图 © 2024 AAAS

图2  氧化点击反应的条件、动力学和应用范围 © 2024 AAAS

图3  鉴定参与氧化点击反应的PTZ1^•+和PTZ1²⁺中间体 © 2024 AAAS

图4  光还原剪切反应的反应范围和机理研究 © 2024 AAAS

图5  氨基糖的可逆胺改性 © 2024 AAAS

图6  通过点击—剪切反应进行聚合和解聚 © 2024 AAAS

三、【科学启迪】

综上，本研究阐明了自由基介导的点击—剪切反应的概念验证，并展现了其在功能分子体系的构筑、编辑和调控中的应用前景。吩噻嗪类与胺类之间的氧化点击反应具有定量、快速、条件温和、范围广泛等优点。此外，点击产物亚磺酰亚胺可以通过光还原剪切反应裂解，以受控的方式再生吩噻嗪和胺。值得注意的是，吩噻嗪自由基阳离子在这些点击—剪切反应中的作用至关重要。这种自由基的反应性是快速和高产转化的原因，此外其持久性赋予了反应良好的鲁棒性和相容性。在未来，持久自由基对点击—剪切反应发展的潜力值得进一步探索。

原文详情：Radical-mediated click-clip reactions (Science 2024, 385, 1354-1359)

本文由赛恩斯供稿。