點(diǎn)擊反應(yīng)是兩種反應(yīng)物之間能夠快速和高產(chǎn)率高選擇性偶聯(lián)的反應(yīng)，點(diǎn)擊反應(yīng)是重要的合成技術(shù)，但是可逆的點(diǎn)擊反應(yīng)非常罕見(jiàn)。發(fā)展能夠精確且可逆的點(diǎn)擊反應(yīng)能夠拓展點(diǎn)擊反應(yīng)的類型和應(yīng)用場(chǎng)景。有鑒于此，清華大學(xué)徐江飛等報(bào)道了硫亞胺（sulfilimine）的可控點(diǎn)擊反應(yīng)和切斷反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了酚噻嗪（Phenothiazines）和有機(jī)胺兩者通過(guò)形成化學(xué)鍵的方式，快速且定量的偶聯(lián)生成硫亞胺。而且，生成的硫亞胺溴化物能夠在380nm光照射重新還原為酚噻嗪和有機(jī)胺。通過(guò)這個(gè)方法能夠制備可以解聚的大分子，能夠?qū)Π被沁M(jìn)行可逆的改性，展示了復(fù)雜分子體系內(nèi)的硫亞胺的高選擇性和高效率的調(diào)控。 圖1. Click-Clip自由基反應(yīng)設(shè)計(jì)圖2. Click反應(yīng)條件、動(dòng)力學(xué)、兼容性 研究了吩噻嗪和有機(jī)胺之間的氧化點(diǎn)擊反應(yīng)。N-甲基吩噻嗪和丁胺作為反應(yīng)物，當(dāng)加入NBS（N-溴代丁二酰亞胺），能夠以>99%的產(chǎn)率生成磺亞胺加合物。NBS具有合適的氧化性和比較快速的氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，因此選擇其作為氧化劑。反應(yīng)非常容易發(fā)生，在乙腈的水溶液中暴露空氣氣氛中進(jìn)行。反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果顯示遵循二階速率，反應(yīng)的速率常數(shù)為3.43±103M-1 s-1，說(shuō)明反應(yīng)速率非?？?。點(diǎn)擊反應(yīng)兼容性。兼容性結(jié)果顯示，一級(jí)/二級(jí)胺能夠與N-甲基吩噻嗪發(fā)生定量的轉(zhuǎn)化。芐基胺和炔丙胺反應(yīng)能夠獲得75~91%的產(chǎn)率，產(chǎn)率降低是因?yàn)橄┍?芐基位點(diǎn)的副反應(yīng)。此外，對(duì)N-甲基吩噻嗪/N-芳基吩噻嗪的2-位點(diǎn)取代基具有容忍性。官能團(tuán)兼容性結(jié)果顯示，烯烴、炔烴、醛、酰胺、酯、醇、苯甲醚、環(huán)氧化物、噻吩和鹵代烷等官能團(tuán)不會(huì)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用。對(duì)于能夠直接與原料反應(yīng)的官能團(tuán)，比如硫醇、叔胺、N-雜芳烴、羧基和活性碳?xì)滏I將影響反應(yīng)的進(jìn)行。生成的磺亞胺具有穩(wěn)定性，能夠在70 ℃穩(wěn)定48h，而且能夠溶于水（水中穩(wěn)定時(shí)間2個(gè)星期）。研究結(jié)果說(shuō)明，噻吩嗪和有機(jī)胺的反應(yīng)高效率、快速、具有選擇性和廣泛的底物，且反應(yīng)條件溫和。反應(yīng)中間體。通過(guò)ESR表征技術(shù)，觀測(cè)到單電子信號(hào)，說(shuō)明N-甲基噻吩嗪倍NBS氧化，轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂苫?yáng)離子。作者認(rèn)為反應(yīng)是通過(guò)這種N-甲基噻吩嗪自由基陽(yáng)離子進(jìn)一步氧化為高親電活性+2價(jià)陽(yáng)離子，隨后與有機(jī)胺之間發(fā)生親電加成反應(yīng)。通過(guò)與柱芳烴(CP[6])的結(jié)合實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證說(shuō)明反應(yīng)中間體是+2價(jià)態(tài)的噻吩嗪陽(yáng)離子。圖4. Clip反應(yīng)的兼容和反應(yīng)機(jī)理研究磺亞胺的切斷反應(yīng)。當(dāng)使用380nmLED光照射，磺亞胺溴化物能夠切斷，重新生成原料噻吩嗪和質(zhì)子化有機(jī)胺。光催化切斷反應(yīng)的兼容性研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)能夠以>99%的轉(zhuǎn)化率對(duì)22個(gè)磺亞胺在30min內(nèi)完成。烯烴、炔烴、醛、酰胺、酯、醇、苯甲醚、環(huán)氧化物、噻吩、鹵代烷烴、羧基、N-雜芳烴、叔胺和硫醇等官能團(tuán)不會(huì)影響反應(yīng)的進(jìn)行。陰離子為F、Cl、I同樣能夠很好的發(fā)生。但是，當(dāng)陰離子為PF6-，反應(yīng)除了生成對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物之外，還生成了副產(chǎn)物。反應(yīng)過(guò)程的產(chǎn)物檢測(cè)到H2O2，說(shuō)明反應(yīng)過(guò)程中H2O被還原。 光切斷反應(yīng)機(jī)理。通過(guò)ESR和激光光解光譜表征研究光還原過(guò)程的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)光照射磺亞胺發(fā)現(xiàn)單電子中間體的信號(hào)。瞬態(tài)吸收光譜表征發(fā)現(xiàn)光照射后，在513nm產(chǎn)生與陽(yáng)離子物種相對(duì)應(yīng)的吸收峰。因此，表征結(jié)果說(shuō)明，光照射過(guò)程中產(chǎn)生陽(yáng)離子自由基中間體。發(fā)現(xiàn)Br陰離子能夠促進(jìn)切斷反應(yīng)中生成噻吩嗪和有機(jī)胺，抑制生成其他的副反應(yīng)產(chǎn)物。這些表征結(jié)果說(shuō)明，光照射導(dǎo)致磺亞胺化學(xué)鍵發(fā)生均裂，隨后生成自由基對(duì)，在Br催化作用下，自由基被H2O還原，生成噻吩嗪和有機(jī)胺。反應(yīng)的優(yōu)勢(shì)。切斷反應(yīng)不存在化學(xué)平衡，磺亞胺體系的化學(xué)鍵形成和切斷過(guò)程通過(guò)不同的路徑發(fā)生，并且能夠分別調(diào)節(jié)，表現(xiàn)了磺亞胺化學(xué)鍵優(yōu)秀的控制性。通過(guò)對(duì)氨基糖的氨基可逆修飾，可解聚的生物大分子，click-clip反應(yīng)的選擇性、效率、操作方便。3-NH2-α-CD氨基糖能夠在室溫和大氣氣氛進(jìn)行催化氧化，使用Selectfluor作為氧化劑，以80 %收率生成3-NH2-α-CD-SFI。NMR和高分辨率質(zhì)譜表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)對(duì)氨基具有非常高的選擇性。當(dāng)添加NaBr，生成的磺亞胺能夠通過(guò)380 nm光照射作用完全的切斷重新生成N-甲基噻吩嗪和3-NH2-α-CD。 圖6. 通過(guò)Click-Clip反應(yīng)控制聚合物的聚合和解聚該反應(yīng)能夠合成可解聚大分子。首先合成了一種雙功能的單體分子，C12DiPTZ（含有兩個(gè)吩噻嗪基團(tuán)），與1,6-己二胺進(jìn)行逐步聚合，能夠得到分子量為4.5×104 Da的聚合物，凝膠滲透色譜法分析表征結(jié)果顯示分子量為2.6×104 Da，多分散指數(shù)為1.45。隨后使用380 nm光進(jìn)行聚合物的解聚。表征結(jié)果顯示解聚反應(yīng)完全和干凈。而且，當(dāng)控制光照射的時(shí)間，聚合物的分子量能夠逐步減少，這說(shuō)明通過(guò)控制光子量的方式調(diào)節(jié)聚合物的分子量。 Jiantao Zhao, Huacheng Yu, Xingchen Jin, Bo Qin, Shan Mei, Jiang-Fei Xu, and Xi Zhang, Radical-mediated click-clip reactions, Science 2024, 385(6715), 1354-1359DOI: 10.1126/science.adn2259https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn2259
