上海交大申涛团队Nat. Synth.：电光共催化的脂肪羧酸脱羧邻位双氯化反应

近日，上海交通大学变革性分子前沿科学中心申涛副教授团队在Nature Synthesis上发表了题为“Electrophotocatalytic decarboxylative vicinal dichlorination of aliphatic carboxylic acids”的最新研究成果。该研究通过结合光催化与电化学，利用 1,2-二氯乙烷同时作为溶剂和氯源，首次实现了脂肪族羧酸的脱羧邻位双氯化反应，将廉价易得的羧酸直接转化为高价值的邻位双氯代物。这一突破不仅为有机合成提供了全新的高效工具，也为药物分子和天然产物的后期精准修饰开辟了新路径。

脱羧官能团化是合成化学中的经典策略，但现有方法多局限于单一的脱羧单官能团化。如何将脱羧过程与相邻 C–H 键的选择性活化相结合，实现一步构建两个化学键的“邻位双官能团化”，一直是该领域亟待解决的难题。其核心挑战在于：在温和条件下同时活化惰性的 C–COOH 键及邻近的 C(sp3)–H 键，并精准调控反应的位点选择性与化学选择性。针对这一挑战，基于申涛团队对光电催化连续多位点官能团化的持续兴趣（Nat. Chem.2026, 18, 656–668；Angew. Chem. Int. Ed.2026, e22498；Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, e202508166；Nat. Commun.2025, 16, 6115），研究团队创新性地提出了“电光共催化”的策略（图1）：首先利用光催化将羧酸高效转化为烯烃中间体，随后通过电化学方法对原位生成的烯烃进行邻位双氯化。该策略选用1,2-二氯乙烷（DCE）兼具溶剂与唯一氯源的双重功能，无需额外添加化学计量氧化剂或专用氯化试剂，实现了反应过程的绿色、经济及可持续化。

图1. 脂肪族羧酸脱羧双氯化反应

本工作的核心创新在于实现了“脱羧”与“邻位C–H转化”的级联耦合。研究团队首先利用铱配合物与三价钴催化剂的协同光催化体系，促使羧酸脱羧并原位生成烯烃；随后，在电化学过程中，阳极氧化氯离子产生活性氯物种并与烯烃加成，阴极则还原DCE以再生氯离子，从而构建起闭环的“氧化-还原-加成”反应链条。在此过程中，光催化与电化学过程正交运行、互不干扰；通过精准调控电极电位与溶剂体系，有效抑制了直接脱羧成烷烃、自由基单卤化及烯烃过度氧化等副反应，确保了反应的高选择性与高效率。

该方法底物适用范围，展现出优异的官能团耐受性。无论是简单的直链烷基羧酸、环状羧酸，还是结构复杂且含有多种敏感官能团的药物分子和天然产物（如氨基酸、甾体、脂肪酸衍生物等），均能以中等至良好的产率转化为目标邻位双氯代产物。值得注意的是，该方法对β-氨基酸、不饱和酸（如炔烃类）等挑战性底物同样适用，并表现出卓越的立体选择性（非对映体比例 >20:1）。此外，研究团队成功实现了克级规模的放大实验，并创新性地利用市售肥皂（高级脂肪酸钠盐混合物）作为原料，直接合成了一系列不同链长的二氯代烷产物，充分彰显了该策略从实验室研究向工业应用转化的巨大潜力。

深入的机理研究表明，该反应遵循一个清晰的“两步”级联路径（图2）。首先，光催化部分负责脱羧生成烯烃中间体；随后，电化学部分负责对烯烃进行邻位双氯化。自由基捕获实验、电极电位监测和循环伏安分析等一系列研究排除了自由基反应路径和氯气直接参与的反应途径，证实了反应是通过阳极氧化氯离子生成活性亲电氯物种、进而与烯烃加成的离子途径进行的。光催化和电化学的成功结合，使得反应中两个互不兼容的活性中间体能依次、稳定地生成和转化，最终实现分子编辑过程。

图2. 可能的反应机理

综上，上海交通大学申涛团队的工作不仅为邻位二氯代物的合成提供了一种前所未有的简洁、高效、绿色的方法，更重要的是，它提出了一种“电光催化级联”的通用策略，为未来设计更多类型的脱羧邻位双官能团化反应奠定了基础。这一策略的成功，将极大推动绿色合成化学和后期药物修饰领域的发展。

该研究成果以“Electrophotocatalytic decarboxylative vicinal dichlorination of aliphatic carboxylic acids”为题发表于Nat. Synth.。上海交通大学变革性分子前沿科学中心申涛副教授为通讯作者，上海交通大学博士生崔坤为第一作者。本研究得到了国家自然科学基金（22301179、2247115、22401164），中央高校基本科研业务费专项资金（24X010301678、23X010301599），优秀青年科学基金项目（海外），上海交大“2030计划”及滚动支持 （WH510363003/014），上海市启源公益基金，上海市科学技术委员会重大项目, 新一代人工智能国家科技重大专项（2025ZD0121904）, 福建省自然科学基金（2021J05280）以及福建省引进高层次人才项目（01102801）, 仲英青年学者、小米青年学者等资助。

导师介绍

申涛，上海交通大学变革性分子前沿科学中心长聘教轨副教授，PI，博士生导师，2017年在北京大学获得博士学位，导师为焦宁教授，2018-2022于Tristan Lambert 教授课题组进行博士后研究，2022年入职上海交通大学，课题组主要围绕惰性键的选择性活化与重组，绿色合成化学等展开研究。近五年以第一/通讯作者在Science, Nature, Nat. Chem., Nat. Synth., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun.等发表研究论文20余篇。入选国家高层次人才计划，上海市领军人才计划，上海科技青年35人引领计划，上海交通大学“2030计划”及滚动支持。荣获首届上海启源青年学者，仲英青年学者（Tang Scholar），小米青年学者，Thieme Chemistry Journals Award，教育部自然科学一等奖，中国新锐科技人物杰出成就奖，达摩院青橙奖“最具潜力奖”，NHU-CJC Innovation Award等荣誉，目前担任Chinese Chemical Letters青年编委。

热忱欢迎对有机合成化学，绿色合成化学的博士后和研究生加入！

课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/shen_tao

来源：上海交通大学变革性分子前沿科学中心