武汉大学雷爱文教授课题组50天内连发Science和Nature！

导读

8月29日，Nature（《自然》杂志）在线发表了武汉大学化学与分子科学学院、高等研究院雷爱文/李武教授团队的最新的电合成新技术研究，题为“Electrocatalytic Reductive Deuteration of Arenes and Heteroarenes”（电催化芳烃和杂芳烃还原氘代）。武汉大学化学与分子科学学院博士步发祥、高等研究院博士生邓宇琪为论文的共同第一作者，李武教授、雷爱文教授为通讯作者，武汉大学为唯一署名单位。

此前7月12日，雷爱文教授团队刚在Science（《科学》）上发表了关于交流电合成化学的最新研究论文。 跳转阅读 ：

氘标记被广泛应用于新药创制、质谱内标、化学反应动力学、生物示踪剂等研究。例如，氘代新药氘代丁苯那嗪（安泰坦）、多纳非尼（泽普生）、VV116（民得维）等已获批上市。此外，核磁共振氘代谢成像作为新兴起的分子代谢成像技术被广泛关注。然而，目前已开发的氘标记方法十分有限，并且已开发的方法在引入多个氘原子和高氘标记率方面存在极大的挑战。这些因素造成了氘标记化合物的价格十分高昂。开发使用廉价氘源的高效氘标记方法具有重要意义。饱和（杂）环状结构广泛存在于药物和天然分子中，以廉价易得的芳烃化合物为原料合成氘标记饱和（杂）环状化合物是一种经济且高效的合成方法。到目前为止，具有普适性的芳烃还原氘标记的方法还未曾被开发出来。

▲从左至右：雷爱文教授 邓宇琪 步发祥 李武教授

雷爱文/李武教授团队从原创电极材料出发，通过电合成新技术成功解决了这一难题。该策略通过电催化，以廉价易得的氘水为氘源，在温和条件下实现芳环的还原氘代反应。该方法具有广泛的普适性，能够实现多种芳烃和杂芳烃的还原氘代反应，成功合成了多种氘代环状和杂环化合物。此外，该方法还可以通过脱氟反应串联芳烃还原反应，合成饱和氘代的环状化合物。利用该方法成功合成了13个氘标记的药物分子，充分展示了其在药物开发和实际应用中的巨大潜力与广阔前景。

因为电合成新技术的绿色、安全和低能耗特性，2023年国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）把它评定为当年的十大新兴技术之一。这种新技术将有望发展成为新质生产力，用于解决当前基于化石能源驱动的现行生产力的环境污染问题、安全生产风险和高能耗问题，助力绿色制造，高质量发展。

该工作得到了国家自然科学基金项目，国家重点研发计划项目、武汉市科学基金等基金的支持。据悉，雷爱文教授团队于2024年7月11日在Science发文首创程序化交流电合成新技术应用于铜催化碳氢键转化反应（Science文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado0875）；2024年8月14日在Nature Chemistry接收了一篇题目为Radical-triggered translocation of C–C double bond and functional group（协同催化自由基活化，实现了多官能团迁移和碳碳双键精确重构）的文章（Nature Chemistry文章链接：https://doi.org/10.1038/s41557-024-01633-7）。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07989-7

北京时间7月12日，Science（《科学》杂志）在线发表了武汉大学高等研究院、化学与分子科学学院雷爱文教授团队关于交流电合成化学的最新研究论文，题为“Programmed alternating current optimization of Cu-catalyzed C-H bond transformations”（程序化交流电优化铜催化C-H键转化反应）。武汉大学高等研究院特聘副研究员曾力、化学与分子科学学院博士生杨庆红、高等研究院硕士王建兴为论文的共同第一作者，雷爱文教授为唯一通讯作者，武汉大学为第一署名单位。

合成电化学新技术是国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）评定的2023年度化学领域十大新兴技术之一。因为其具备绿色、安全和低能耗的特性，合成电化学新技术将有望发展成为新质生产力，用于解决当前基于化石能源驱动的现行生产力产生的环境污染、安全生产风险和高能耗问题。这种新兴合成技术主要以直流电(DC)作为驱动力，并通过调节电流或者电压控制化学反应过程。交流电(AC)具有极性反转和周期性波动的特点，并且具备如波形、频率、占空比等更多可调节电学参数的优势，为实现精准物质制造提供“无限潜力”。然而，更多维度的电学参数引入电化学合成反应中会导致可优化的反应条件呈指数级增加，极大增加了研究难度。因此至今为止交流电合成技术仍然处于萌芽阶段，仅有数例简单应用研究见诸报道。

雷爱文教授团队耕耘绿色合成化学超过15年，本项研究首创开发了可编程波形交流电(pAC)合成技术，实现了铜催化的放氢气氧化交叉偶联反应。通过对交流电波形的电学参数（频率、电流和占空比）进行程序编辑可得到定制化的交流电信号。不同编辑模式的电信号不仅促进了电解条件下铜催化剂循环再生，而且分别精准调控铜催化剂形成“铜结合碳自由基物种”和“碳-铜活性物种”。另外，雷爱文教授团队开发了原位电子顺磁共振波谱-交流电解联用表征技术，首次观测到不同交流电信号动态调控铜催化物种活性的变化规律。基于可编程交流电合成技术，研究团队成功实现了铜催化活化烷烃直接碳氢键氧化偶联反应和氧化双官能团化反应，而这两类反应在传统氧化剂条件和直流电氧化条件下均表现出较差的反应性。

此项研究实现了交流电解环境下金属催化物种精准调控，解决了电合成条件下过渡金属催化剂容易在阴极析出失活而必须用分离池的科学难题。此项研究为一体式电解池条件下，金属催化耦合电催化发展新型合成反应提供可行路径。可编程波形交流电合成技术的出现，将为合成电化学新技术在绿色物质制造等更广泛应用领域提供极大助力，为化学化工绿色化，智能化和高端化提供新的动能。

雷爱文教授倡导建立高等研究院“光电纳米催化中心”这一多学科的科研平台，相继在光催化，电催化，光电协同催化和纳米催化领域取得研究成果。据悉，雷爱文教授深耕绿色氧化偶联十五载，迄今为止发表论文500余篇，在Science、Nature Chem. (2篇)、Nature Catal. (3篇)、Nature Synth. (3篇)、Nat. Commun. (19篇)、JACS (33篇)、ACIE (50篇)、Chem (3篇)、Chem. Rev.(5篇)、Chem. Soc. Rev.(3篇)、Acc. Chem. Res.(2篇) 等影响因子大于12的杂志上发表论文140余篇，总被引用超37000余次，H 因子为106。2016-2024年连续入选Thomson Reuters和Elsevier的全球“高被引科学家”。

据悉，该工作得到了国家自然科学基金重点项目，国家重点研发计划项目、武汉市科学基金和中国博士后创新人才支持计划等基金的支持。

文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado0875

来源：武汉大学