导读

近日，天津大学/中国科学院大学黄辉教授课题组（化学加 网络公益论坛第15期：有机半导体）报道了镍电催化芳基砜化物与芳基碘化物之间的交叉亲电C(sp2)‒C(sp2)偶联，结合实验表征与理论计算提出了顺序氧化加成机制，在温和条件下成功合成了一批具有重要应用价值的联芳基药物及荧光分子，也是首次利用电化学还原机理制备出了可溶的高分子量的低分散度的共轭高分子聚合物（图1）。相关研究成果以题为“General and Selective Nickel-Electrocatalyzed Cross-Electrophile C*(sp2)–C(sp2) Coupling”发表在国际知名期刊PNAS上。

图1. 高选择性的镍电催化交叉亲电C(sp2)‒C(sp2)偶联

正文

（杂）双芳基结构广泛存在各种药物、天然产品、配体和功能有机材料中。通过过渡金属催化亲电试剂与亲核试剂构建C(sp2)‒C(sp2)键已经成为合成（杂）双芳基结构的重要方法，然而这些芳基金属类亲核试剂通常是由相应的亲电试剂芳基卤化物制备而成，而且大多对水敏感、偶联反应需要在惰性气体中进行。因此，两种亲电试剂的交叉亲电偶联（XEC）近年来备受关注并取得了显著进展，比如通过基于金属单质还原的双金属催化交叉亲电偶联，以及光诱导钯催化的交叉亲电反应。

与化学还原和光还原的XEC不同，电化学使用电流作为还原剂，不仅可以通过过渡金属和配体还可以通过电位控制反应的选择性。结合课题组近年来基于C‒S键活化的合成方法学研究（Nat. Chem. 2017, 9, 188; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 5044; Nat. Commun. 2022, 13, 144; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202309922; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202306307; Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202509672; Chin. J. Org. Chem. 2026, doi: 10.6023/cjoc202509013.），作者报道了镍电催化芳基砜化物与芳基碘化物之间的交叉亲电C(sp2)‒C(sp2)偶联（eXEC）。

首先，作者以苯并噻唑砜化物与对甲基碘苯作为模板底物，通过筛选金属催化剂、配体、电势/电流和电解质，得到最优的eXEC电解反应条件，随后对芳基砜化合物和芳基碘化物分别进行了底物拓展。结果表明，该反应具有较好的官能团兼容性和适用范围（>80个底物拓展），能以高选择性和较高产率生成交叉偶联产物（图2）。

图2. 底物拓展（图片来源：PNAS）

此外，作者通过该反应成功合成了一批重要的药物分子，实现了克级放大合成（图3）；更重要的是，作者首次利用电化学还原机制，成功制备出可溶的高分子量的低分散度的共轭高分子聚合物P(2,6-Q)，其数均分子量Mn = 13.9 kDa，分散度Ð = 1.69，打破了传统聚合方法对单体类型的限制，为共轭高分子的精准绿色合成开辟了全新路径。

图3. 放大实验、药物合成以及聚合反应（图片来源：PNAS）

最后，作者通过控制实验、循环伏安法、方波伏安法、底物顺序添加实验、交叉实验，以及理论计算还原电势和吉布斯自由能等，提出了顺序氧化加成机制（图4）：经过电还原生成的Ni(0)优先与芳基砜化物进行第一次氧化加成生成中间体int3-1，经单电子还原后生成的Ni(I)中间体int4-1与芳基碘化物进行第二次氧化加成，最后通过还原消除得到目标交叉偶联产物。

图4. 部分反应机理研究（图片来源：PNAS）

总结

黄辉教授团队报道了高选择性的镍电催化交叉亲电C(sp2)‒C(sp2)偶联，结合实验表征与理论计算提出了顺序氧化加成机制，在温和条件下成功合成了一批具有重要应用价值的联芳基药物、荧光分子和聚合物，表现出较高的选择性、良好的官能团兼容性和宽广的底物适用范围。

论文第一作者为中国科学院大学材料科学与光电技术学院副研究员谢文斌博士，通讯作者为天津大学/中国科学院大学黄辉教授、美国西北大学Tobin J. Marks教授和中国科学院大学史钦钦教授。研究工作得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、北京自然科学基金、中国科学院与美国联邦科研机构合作项目、中国博士后科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、美国国家科学基金会等资助。

文献详情

Wenbin Xie, Zhe Song, Qinqin Shi*, Panping Sheng, Gu Xu, Kaikai Wen, Lutang Zhao, Tobin J. Marks*, Zhi-Xiang Wang, Hui Huang*, General and Selective Nickel-Electrocatalyzed Cross-Electrophile C*(sp2)–C(sp2) Coupling. PNAS. 2026, 123, e2515413123. doi：10.1073/pnas.2515413123.