北京大学Nature，攻克160余年化学难题！

米测MeLab

2026-03-20

特别说明：本文由米测技术中心原创撰写，旨在分享相关科研知识。因学识有限，难免有所疏漏和错误，请读者批判性阅读，也恳请大方之家批评指正。

编辑丨风云

研究背景

炔烃是有机化学中极其重要的合成原料和功能基团，广泛应用于医药、材料和复杂分子的合成。尽管炔烃加氢还原为烯烃的技术已非常成熟，但将烯烃反向脱氢转化为炔烃却极具挑战。

关键问题

目前，烯烃合成主要存在以下问题：

1、反应条件严苛且官能团耐受性差

传统的马氏（Markovnikov）卤化-消除方案自1861年提出以来，由于需要强碱或高温，严重限制了分子后期编辑的可能性。

2、热力学不利与选择性控制困难

烯烃脱氢在热力学上极不占优，且乙烯基 C–H 键强于烯丙基 C–H 键，导致选择性控制（避免生成二烯烃等副产物）成为逾百年的科学挑战。

新思路

有鉴于此，北京大学焦宁等人报告了一种可回收的硒蒽（selenanthrene）试剂，可在温和条件下介导烯烃脱氢转化为炔烃，攻克了160余年以来由烯烃合成炔烃的化学难题。该方法对经典离去基团和敏感官能团均表现出广泛的兼容性，能够应用于复杂炔烃的高效后期合成。此外，该平台还实现了现有方法无法实现的Z/E烯烃构型反转或分选，彰显了其在多样化下游衍生化中的潜力。

技术方案：

1、设计并合成了硒蒽试剂

研究团队设计合成硒蒽(S1)试剂，利用硒的选择性和离去能力，在温和条件下实现E-烯烃高效转化为炔烃，具有高选择性和可规模化制备优势。

2、探究了底物范围

该方案官能团耐受性出色，可兼容多种敏感基团，且适用于E-烯烃、Z-烯烃及末端烯烃。反应后硒蒽可回收并循环使用，具有大规模制备和可持续合成潜力。

3、展示了方案的合成应用

该方法适用于复杂天然产物和药物分子，可选择性转化位阻较小双键，实现烯烃构型反转及E/Z混合物化学分选；弱碱条件下生成的烯基硒蒽盐中间体可立体专一性还原，保留原始构型。

4、确证了两种活性硒物种

研究通过NMR和X射线晶体学确证两种活性硒物种：双阳离子60和自由基阳离子61，均收敛于相同中间体。自由基时钟实验排除分步路径，证实反应经[4+2]环加成起始，最终碱促进消除生成炔烃并再生S1。

技术优势：

1、开发了可百克级规模制备的硒蒽试剂

开发了一种可百克级规模制备、可回收利用的硒蒽试剂，利用其可调的氧化态驱动附着-释放循环，实现了温和条件下的高效脱氢。

2、实现了卓越的后期编辑与异构体分选能力

该方法不仅能容忍环氧化合物、叠氮化物等极敏感官能团，还能通过特定的硒代中间体实现 E/Z 烯烃的精确化学区分与分选。

技术细节

反应开发

研究团队基于对氧化烯烃转化的长期研究，设计并合成了硒蒽(S1)试剂，通过将硫蒽中的硫原子替换为硒原子，以利用硒试剂卓越的选择性和离去能力。该试剂可通过一步反应实现百克级制备。实验确立了两套标准条件：条件A适用于氧化耐受或氢提取敏感的底物；条件B更具通用性，适用于复杂的、功能化的分子。在35 °C的温和条件下，使用碳酸铯等弱碱，E-烯烃能以80-90%的高收率转化为炔烃。对比研究发现，未经修饰的硫蒽在相同条件下主要产生共轭二烯副产物，这凸显了硒试剂在炔烃选择性上的独特优势。这种高选择性归因于硒鎓盐相对于硫鎓盐具有更弱的稳定碳负离子的能力，从而减少了烯丙基质子的消除。

图  反应设计和条件

底物范围探索

由于消除条件极其温和，该方案展现了极其出色的官能团耐受性，能够容忍烷基氯、溴、甲磺酸酯、Fmoc 保护基、三氟乙酸酯乃至不稳定的环氧化物。对于含有羧酸、胺、酰胺、叠氮化物和醛等活性基团的底物，硒试剂也能表现出高度的选择性。此外，电子致密的芳烃底物亦能顺利转化。该方法不仅限于 E-烯烃，通过切换至氢氧化钠或叔丁醇钾等碱，Z-烯烃和末端烯烃也能高效转化为炔烃。值得注意的是，反应结束后，活性硒物种会转化为硒蒽 (S1)，其回收率极高，并可通过 m-CPBA 重新氧化为 5-氧代-硒蒽 (S2) 以循环使用。这使得该工艺在大规模制备和可持续合成方面具有巨大潜力。

图  基底

合成应用

鉴于烯烃是天然产物中最常见的官能团，该方法非常适合在复杂分子中安装炔烃“点击化学”手柄。研究人员在含有多种敏感功能基团（如烯酮、不饱和酯、硫醚）的天然产物和药物衍生物（如达沙替尼、环肽）上成功应用了此协议。在空间位阻不同的多烯底物中，反应能特异性地发生在位阻较小的双键上。此外，结合已有的烷烃脱氢技术，该方法提供了一条将廉价烷基直接转化为高价值炔烃的实用路线。更具创新性的是，通过将此过程与炔烃的立体选择性半还原相结合，研究团队实现了一直以来极具挑战性的烯烃构型反转（例如从热力学更稳定的 E 式转变为 Z 式），为合成创新开辟了新路径。研究发现，当使用较弱的碱（如 NaHCO₃）时，反应会停留在稳定的烯基硒蒽盐中间体阶段。这种中间体保留了原始的碳链构型，且其 C–Se 键可以在钯或钴催化下进行立体专一性的还原，从而恢复成原始烯烃，这与传统卤化消除方法容易破坏立体化学的特性形成鲜明对比。更重要的是，研究团队发现三乙胺能选择性地促进 E-烯烃衍生中间体的消除，而让 Z-烯烃衍生的中间体保持不变。这种立体专一性的反应性差异被成功用于分选极难分离的 E/Z 混合物：通过选择性将 E 式异构体转化为炔烃，同时将 Z 式异构体还原回收，实现了对混合物的化学分选，解决了合成化学中的一个长期难题。

图  合成应用

机理研究

通过 NMR 光谱和 X 射线晶体学表征，研究确证了两种截然不同的活性硒物种：条件 A 下产生的硒蒽双阳离子 (60) 和条件 B 下产生的持久性自由基阳离子 (61)。尽管电子状态不同，两种条件最终都收敛于相同的稳定单加成中间体。自由基时钟实验排除了分步自由基路径的可能性，证明了反应是通过 [4+2] 环加成起始的。机理建议如下：S2 与 Tf₂O 反应生成亲电性极强的双阳离子 60（或在过量 S1 存在下通过单电子转移生成自由基阳离子 61），随后与烯烃发生 [4+2] 环加成生成中间体 65，最后经由碱促进的连续消除过程生成炔烃，并同时再生硒试剂 S1。

图  机理研究

展望

本研究通过理性设计的可回收硒蒽试剂，成功解决了烯烃直接脱氢制炔烃这一持续一个多世纪的挑战。该方法具有极其温和的反应条件和卓越的选择性，不仅能实现复杂分子的后期官能团化，还通过独特的硒代中间体化学实现了E/Z烯烃的构型反转与精准分选。这一突破性进展为炔烃的高效合成及分子的骨架编辑提供了全新的工具，有望在药物发现和材料科学领域产生深远影响。

参考文献：

Meng, J., Liang, Y., Xu, R. et al. Direct conversion from alkenes to alkynes. Nature (2026). 

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10372-3