研究背景
硝基芳烴作為一種廣泛存在的化學原料，在有機合成、醫藥、農化及功能材料等領域具有重要應用。與傳統的芳香族化合物相比，硝基芳烴因其容易通過電親電子取代反應進行高效合成，具有較為廣泛的底物適應性和可擴展性，成為了合成中重要的中間體。然而，硝基芳烴的CAr–NO2鍵具有較高的惰性，導致其在未活化的情況下難以直接進行脫硝取代反應，因此傳統上依賴于還原、重氮化以及桑德梅耶反應等多步序列進行轉化，這不僅存在較低的原子經濟性，還可能生成大量廢物，并且在某些步驟中存在爆炸性重氮鹽中間體的安全隱患。因此，如何實現硝基芳烴的高效、環保的直接轉化，仍然是一個亟待解決的挑戰。
為此，華中師范大學化學學院葉飛教授團隊和香港中文大學（深圳校區）成貴娟教授合作在“Nature Chemistry”期刊上發表了題為“Light-promoted aromatic denitrative chlorination”的最新進展。該團隊設計并實現了一種新型的可見光照射下的脫硝氯化反應，該方法能夠在溫和條件下直接斷裂CAr–NO2鍵，將氯自由基引入硝基芳烴分子中，實現了高效的氯化反應。
這一反應不僅適用于多種未活化的硝基芳烴和硝基烯烴，而且對空氣和水分不敏感，可在十克規模下順利進行。通過這一創新的反應機制，研究團隊成功地擴展了硝基芳烴的應用范圍，避免了傳統熱條件下親核芳香取代反應的高溫和強堿性條件，大大提升了反應的效率和選擇性。此外，密度泛函理論計算進一步揭示了這一反應的可能路徑，為該方法的機制提供了理論依據。
研究亮點
1.實驗首次開發了可見光照射下的通用脫硝氯化反應，成功實現了未活化硝基芳烴的脫硝氯化轉化。該反應利用氯自由基通過斷裂CAr–NO2鍵替代硝基基團，開辟了新的反應路徑。
2.實驗通過密度泛函理論計算分析了反應機制，揭示了脫硝氯化反應的可能路徑。這些計算結果為進一步理解該反應的合成機理提供了理論支持。
3.該方法適用于多種未活化的硝基芳烴和硝基烯烴，且在空氣和水分條件下穩定，不需要貴金屬催化劑或光還原催化劑，克服了傳統親核芳香取代反應對反應底物和條件的苛刻要求。
4.該轉化方法在十克規模下順利進行，表明其具有可擴展性，適用于大規模合成。與傳統的熱條件下的親核芳香取代反應相比，該方法操作簡便，適用范圍更廣。
圖文解讀
圖1：硝基芳烴轉化策略
圖2：合成應用示例
圖3：機理研究。
圖4：脫硝氯化反應的能量剖面
結論展望
總之，本文開發了一種實用的策略，通過可見光照射下的直接芳香脫硝氯化反應，在沒有貴金屬和額外光還原催化劑的情況下替代NO2基團，展示了廣泛的底物范圍和良好的官能團耐受性。該方法能夠很好地適用于多種富電子硝基芳烴、未活化的硝基雜環化合物和硝基烯烴。此外，該反應具有操作簡便和可擴展性，是構建CAr–Cl鍵的實用補充?？傮w而言，NO2基團作為離去基團在光照條件下斷裂CAr–NO2鍵，提供了一種獨特的方法，用于電子無偏硝基芳烴的芳香修改，為硝基芳烴的轉化提供了替代路徑。
原文詳情：
Liang, T., Lyu, Z., Wang, Y. et al. Light-promoted aromatic denitrative chlorination. Nat. Chem. (2025).
https://doi.org/10.1038/s41557-024-01728-1
