光诱导锰催化：实现芳基卤化物碳-杂原子键偶联反应
过渡金属催化的交叉偶联反应是精细化学合成中的重要工具，其中，芳基C(sp2)–(杂)原子偶联反应是探索最多的有机转化反应之一，显著推动了分子多样化的进程。数十年来，钯催化剂长期主导该领域，但其价格昂贵且储量稀缺。因此，地球储量丰富的金属为替代钯催化剂提供了可能，并促进了可持续化学制造的发展。锰在地壳中的丰度排名第三（约950 ppm），仅次于铁和钛。作为生命必需元素，锰在人体发育、新陈代谢和抗氧化系统中发挥着关键作用，其低毒性和环境友好特性为药物后期合成中的纯化流程带来了显著便利。尽管锰催化剂在氧化反应、还原反应、C-H键活化等多个领域已取得显著成果，但适用于C-杂原子偶联反应的锰基催化方法至今尚未建立。相较于其他后周期3d丰产金属（如钯、镍、钴、铜），锰在偶联反应中的催化潜力尚未得到充分开发。因此，建立高效的锰基催化体系以充分发挥其独特优势，已成为当前迫切的挑战之一。
针对这一问题，绿色催化与合成团队薛东课题组基于前期的研究基础 (Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 5230; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 21536; ACS Catal. 2022, 12, 15590; ACS Catal. 2024, 14, 4968; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202314355; J. Am.Chem. Soc. 2024, 146, 39, 26936; J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 5851)，通过光诱导过渡金属催化策略，利用一种易于获得的联吡啶-锰(II)催化剂体系，建立了一个高效的光催化反应平台，单一催化剂同时充当光捕获剂和金属催化剂，无需外加光敏剂，从而成功实现了芳基卤化物与多种C-N、C-O和C-S交叉偶联反应。该方法具有优异的反应效率、广泛的底物适用性和良好的官能团耐受性,成功应用于雌酮、吉非罗齐、生育酚、塞来昔布等复杂分子的胺化修饰。
为了理解反应过程，作者探究了联吡啶与Mn(OAc)₂之间可能形成的锰催化剂，通过单晶X射线衍射分析确定了其结构。该锰配合物在386 nm附近显示了一个吸收峰，其强度随浓度增加而增强可能是光吸收物种。此外，当以N-叔丁基-α-苯基硝酮（PBN）作为自由基捕获剂，用390-395 nm紫光照射配合物，通过电子顺磁共振（EPR）波谱观察到了自由基信号的加合自旋，显示出一个g值为2.001的信号。该EPR信号可能是OAc自由基的自旋加合物，表明Mn-O键可能发生了光诱导均裂，并可能生成Mn(I)物种。接着，作者探究了Mn(I)物种在反应中作为引发物种的可能性。在不存在芳基卤化物和胺的条件下，用紫光照射锰配合物2小时，随后加入芳基。
图1 光化学锰催化C(sp2)-杂原子键交叉偶联
图2 部分底物展示
卤化物和胺，反应在避光条件下进行24小时，以29%的NMR收率得到了相应的芳基胺。此外，当使用市售的Mn(I)配合物CpMn(CO)₃作为催化剂，在热条件下与联吡啶配体作用，以56%的收率得到了目标C-N偶联产物。这些观察结果支持该偶联可能经由Mn(I)/Mn(III)循环进行，包括芳基卤化物对Mn(I)物种的氧化加成，以及芳基-Mn(III)-酰胺基物种的还原消除，从而形成C-N键。
图3 反应机理研究
图4 可能的反应机理
该成果近期发表在Nature Communication上，第一作者为宋戈洋博士，宋佳萌硕士研究生为共同第一作者，通讯作者为薛东教授。该研究工作得到国家自然科学基金、中央高校基金、陕西省创新团队、陕西省青年基金等项目的支持。同时，感谢实验中心樊娟、孙华明在催化剂表征和机理研究方面提供的实验技术支持。
论文信息：//www.nature.com/articles/s41467-026-70925-y
供稿人：宋戈洋
