【人物与科研】陆军军医大学欧阳勤课题组Green Chem.：在厨房就能开展的化学反应—红光诱导菠菜催化有机硼化物的高效氧化

导语

羟基是天然活性化合物和药物分子中广泛存在的、最重要的有机官能团之一。绿色新型高效的羟基化方法一直是有机合成领域的重要需求。在已知的各种方法中，光催化有机硼化物的氧化羟基化是获取羟基化合物的一种重要的手段。近期，陆军军医大学欧阳勤课题组在该研究领域取得了新进展（DOI: 10.1039/D2GC03055A）。

前沿科研成果

红光诱导的菠菜催化有机硼化物的高效氧化

叶绿素是菠菜等绿色植物叶绿体的主要光感受器，是最“绿色”的光触媒介，具有良好的光和氧利用特性。近年来，叶绿素作为一种高效光催化剂用于可见光诱导的有机合成反应得到了迅速发展。然而，叶绿素在680 nm处的强吸收却常常被忽略，这表明它可能能够在低能量红光下诱导光化学反应。使用低能量的红光至少具有以下优点：1、更好的生物体穿透性；2、避免高能光源引发的副反应。

近年来，光催化已成为有机硼化物氧化羟基化的高效而简便的手段，并且可以避免传统金属催化氧化和化学剂量氧化剂氧化导致的严重环境污染和成本增加（图1）。但现有光敏剂多来源于化学合成或工业染料，并且都需要采用较高能的光源来激发这些光敏剂以实现硼化物的氧化羟基化。因此，迫切需要开发真正“绿色”的光敏剂和低能量（>600 nm）的激发体系，以实现更加绿色可持续的有机硼化物的氧化羟基化。

图1 研究背景和方法总结（图片来源：Green Chem.）

陆军军医大学欧阳勤课题组以从菠菜中简单提取的叶绿素作为绿色光催化剂，实现了红光诱导下有机硼化合物的高效氧化羟基化。该方案兼容B(OH)₂、BF₃K、Bpin、Bneo等多种有机硼化物，能高效获取各种官能团取代的酚、伯醇、仲醇和叔醇（图2）。值得一提的是，27为COF材料、44为上市抗肿瘤药物香叶醇，显示出该方法在材料骨架和药物分子衍生修饰方面的应用潜力。

图2 红光诱导的叶绿素催化有机硼化物氧化羟基化底物扩展（图片来源：Green Chem.）

进一步扩大反应至5 mmol规模或者降低叶绿素用量至0.2 mmol%，该光催化氧化体系依旧可以很好地进行。此外，作者尝试仅用厨房材料和器件开展该反应：白酒中加入新鲜菠菜叶，用破壁机打碎，再添加苏打粉和底物，用打蛋器搅拌并置于日光下照射，也能取得中等偏上的转化率（图3）。以上实验体现了该方法的绿色、稳健和实用性。

图3 放大/缩小及厨房实验（图片来源：Green Chem.）

随后，作者还进行了相关绿色化学指标计算，并将其与其他光敏剂的催化硼化物氧化羟基化反应进行横向比较（图4）。结果显示，本方法几乎所有主要绿色化学指标均排名中等偏上，显示了其良好的绿色和经济性。

图4 绿色化学指标计算（↑表示数值越大越好；↓表示数值越小越好）（图片来源：Green Chem.）

最后，作者通过一系列机理探究实验（对照控制实验、光开闭实验、动力学测定、荧光淬灭实验、EPR信号捕捉和DFT计算），推测可能的反应机理为：叶绿素被光激发至激发态，并与氧气发生光致电子转移（PET）以产生高活性的超氧阴离子自由基。三乙胺充当电子给体，通过单电子转移促进叶绿素循环。亲核性的超氧阴离子自由基进攻硼化物，随后通过氢转移、重排和水解得到最终羟基化产物（图5）。

图5 推测的反应机理（图片来源：Green Chem.）

总结：该团队发展了一种真正“绿色”高效的光催化有机硼化物氧化羟基化方法。以菠菜（叶绿素）为光敏剂，在低能红光下就能高效实现羟基化。反应兼容多种类型硼化物底物、光源、反应规模和器材设备，具有高效、绿色、经济和稳健等优点。利用红光的高穿透性、硼化物对肿瘤的靶向性，该方法具备一定的新型光动力学抗肿瘤治疗的潜力，相关探索研究本课题组正在进行中。

本篇工作通讯作者为陆军军医大学欧阳勤教授、四川轻化工大学李玉龙教授、陆军军医大学西南医院齐晓伟教授。第一作者为联合培养硕士生颜朋和陆军军医大学讲师曾嵘。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和第三军医大学青年培育项目的资助。

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欧阳勤教授课题组简介

欧阳勤教授课题组以化学合成方法开发、药物先导物发现与优化为研究方向，发展了多种复杂新空间骨架化合物的合成方法学和光、电绿色合成方法，并由此发现了多个具有抗肿瘤侵袭转移、抗炎、神经保护活性的小分子先导物，以第一或通讯（含共同）作者在Nat. Chem. (1); Nat. Commun. (2); J. Am. Chem. Soc. (4); Angew. Chem. Int. Ed. (4); Eur. J. Med. Chem. (1)等SCI发表论著50余篇，SCI他引1000余次；授权国家发明专利5项。

欧阳勤教授简介

欧阳勤，男，陆军军医大学教授、博士生导师，陆军军医大学药物化学教研室主任。2022年教育部青年长江学者，国家重点研发计划青年科学家项目首席科学家，重庆市青年拔尖人才，陆军科技英才。2000-2010年本-硕-博毕业于南开大学有机化学专业，随后任职于陆军军医大学，2012-2014赴美国匹兹堡大学药学院从事博士后研究，回国后基于合成方法学良好基础，开展新骨架活性小分子发现研究。主持国家重点研发计划、军委军委科技委国防科技基金、国家自然科学基金面上项目等在内的多项高显示度项目。

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