该文章的第一作者为中国人民大学化学系硕士研究生田天，中国人民大学李志平教授和麦吉尔大学李朝军教授为共同通讯作者。该研究工作目前以题为“Cross-Dehydrogenative Coupling: A Sustainable Reaction for C–C Bond Formations”的论文发表在Green Chemistry上（Green Chem. 2021, 23, 6789–6862）。

       碳-碳（C-C）键的构建是化学的核心之一，是合成化学、生命科学、制药工业、天然产物合成和材料科学与技术等方面的重要基础。因此，C-C键构建的新策略和新反应一直是合成化学家不断追求的研究内容之一。从经典的亲核取代、亲核加成、亲电取代、亲电加成和周环反应，到现代的过渡金属催化的交叉偶联反应和自由基链式反应，以及有机分子催化、纳米催化、光氧化还原催化、电化学合成与催化和连续流动化学中，C-C键的合成反应取得了巨大的进步，并产生了丰硕的成果。

       过渡金属催化的交叉偶联反应，包括Kumada偶联、Hiyama偶联、Stille偶联、Negishi偶联、Suzuki偶联和Sonogashira偶联等，是过去五十年发展起来并成功应用于C-C键的高效高选择性构建，在化学、化工、生命科学以及医学等领域都得到了极为广泛的应用（图 1）。因此，过渡金属催化的交叉偶联反应而获得了2010年诺贝尔化学奖。

图 1：交叉偶联反应

       经典的交叉偶联反应通常需要使用带有偶联基团（离去基团）的反应底物，因而在C-C键的合成中需要增加额外的合成步骤来合成相应的反应底物，即增加了反应步骤，又降低了原子利用率。如果去掉离去基团，直接利用反应底物中的C-H键发生交叉脱氢偶联反应，将缩短反应步骤，从而提高了反应效率和原子利用率。因此，交叉脱氢偶联反应（CDC）应运而生（图 2）。加拿大麦吉尔大学李朝军教授课题组和中国人民大学李志平教授课题组在该领域开展了开创性的研究工作，并取得了一系列创新性成果，得到了合成化学研究领域的广泛认可和发展。自2003年以来，交叉脱氢偶联反应（CDC）反应的相关研究和报道不断增加（图 3）。

图 2：交叉脱氢偶联反应(CDC)

图3：通过在SciFinder中搜索“交叉脱氢偶联”的论文发表数量

       基于交叉脱氢偶联反应（CDC）在过去的十几年所取得的成果，最近，中国人民大学李志平教授与加拿大麦吉尔大学李朝军教授共同发表了综述性文章，系统介绍了交叉脱氢偶联反应（CDC）的发展历史和研究成果（图 4）。在“绿色和可持续”的时代主题下，为绿色合成化学发现新颖的和原始的可持续反应模式则凸显的至关重要。交叉脱氢偶联反应（CDC）应运而生，逐步发展成为高效高选择性构建 C-C 键的可持续合成策略之一。

图 4：代表性交叉脱氢偶联反应（CDC）的研究手段和成果

       本文总结了该领域在过去20年间的发展，并讨论了未来的趋势和方向：从最初的原始反应模型：Glaser偶联反应的发现；到第一个十年的发展：在热条件下的氧化脱氢偶联反应模式的构建；再到第二个十年的广泛研究：各种绿色可持续的新型有机合成能量输出策略，例如光氧化还原催化、机械力化学、微波、连续流动化学以及太阳能光量子点催化等，均可与此反应模式进行良好的匹配与兼容。在此过程中，反应模式的搭建有着至关重要的作用，在各种金属催化剂和氧化剂的巧妙配合下，通过对其中一个C-H键局部电性的转变，使其可以在过程中产生碳正离子，碳自由基或金属碳氢配合物这三种重要的活性中间体，从而使得该反应模式具有广泛的应用空间。这也是该反应模式能够与各种可持续能量输出形式所兼容的重要原因之一。

       随着这些新型的可持续替代形式的能量输入的出现和广泛的研究以促进CDC反应的大量研究成果来看，它们不仅在经典的热反应基础上进行了有效的补充，还将激发更广泛的应用和创新。同时本文也对在交叉脱氢偶联（CDC）反应模式下的各种各样的C-C键的合成（例如：Csp3-C键, Csp2-C键和Csp-C键）以及不对称C-C键的合成领域进行了详细的评述。另外，交叉脱氢偶联反应（CDC）也成功地实现了氢气作为唯一反应副产物，极大提高了C-C键的构建效率，为C-C键的合成提供了新手段和策略。同时，本文也对交叉脱氢偶联反应（CDC）的未来发展提出了展望，例如，通过甲烷（天然气的主要成分）的交叉脱氢偶联反应（CDC）得到烷烃和氢气。该反应如果能够实现，不仅是有机合成化学研究领域具有里程碑意义的成果，也同时对人类能源问题的解决提供一种新途径。

来源：化学系（官方公众号）

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