《Nature》北大焦寧團隊突破百年難題！烯烴直接轉化為炔烴！

炔烴作為原料化學品和官能團，在有機化學中應用廣泛。然而，炔烴加氫生成烯烴的方法已發展成熟，而其逆反應 —— 烯烴向炔烴的轉化，典型方法仍基于 19 世紀 60 年代報道的消除化學，且需苛刻的反應條件（強堿或高溫），這限制了該方法在官能化分子中的廣泛應用。

近日，北京大學 焦寧團隊 報道了 一種利用可回收硒蒽試劑在溫和條件下實現烯烴直接脫氫轉化為炔烴的通用方法，解決了有機合成領域中烯烴向炔烴轉化的百年難題 。該方法對經典離去基團和敏感官能團均展現出良好的兼容性，可應用于復雜炔烴的 后期 高效合成。此外，該反應體系還能實現現有方法無法完成的 Z/E 烯烴構型反轉或立體分選，凸顯了其在下游多樣化衍生化中的潛力?！?Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10372-3 】

試劑設計與反應條件開發

團隊基于對烯烴氧化轉化的研究基礎，結合硒試劑的高反應性、優異離去基團能力，以及噻蒽雙雜原子結構利于與烯烴發生環加成且易再生的特點，設計了將噻蒽中的硫原子替換為硒原子的硒蒽（S1）試劑，該試劑可通過一步反應結合重結晶實現百克級規模制備，其氧化產物氧代硒蒽（S2）為該轉化的核心活性試劑。

研究開發了 A、B 兩種反應條件：條件 A 無需額外加入計量硒蒽，由氧代硒蒽（S2）與三氟甲磺酸酐（Tf2O）生成活性硒物種，裝置更簡單，適用于耐氧化或對氫提取敏感的底物；條件 B 加入計量硒蒽（S1），生成的活性物種反應性更廣泛，適合復雜的官能化分子。以二氯甲烷或乙腈為溶劑、碳酸銫為弱堿時，35℃下 E-烯烴可順利反應，炔烴分離收率達 80-90%；而未修飾的噻蒽在相同條件下主要生成共軛二烯副產物，且硒蒽衍生的活性物種對烯烴的反應性顯著高于噻蒽（entry2 與 5 對比）。同時，堿的選擇對炔烴 - 二烯選擇性影響顯著，碳酸鉀、乙酸鉀等弱無機堿及三乙胺、DBU 等有機堿利于炔烴生成，吡啶則優先產生共軛二烯。

底物范圍探索

該方法因溫和的消除條件，展現出極佳的官能團耐受性，突破了傳統方法的限制：不僅兼容烷基氯、溴、對甲苯磺酸酯、三氟乙酸酯、環氧基等經典離去基團，還能耐受羧酸、胺、酰胺、疊氮、醛、炔烴等活性官能團，以及 Fmoc、三氟乙酰胺等保護基；富電子芳烴也可發生轉化并得到相應炔烴產物，僅反應效率略有降低。

該方法并非僅適用于 E-烯烴，將堿替換為氫氧化鈉或叔丁醇鉀后，Z-烯烴和端基烯烴也能順利轉化為炔烴，且 Z/E 烯烴混合物可高效轉化為相應炔烴，得到傳統方法難以制備的產物。此外，反應后的活性硒物種可還原為硒蒽（S1），幾乎能完全回收，經間氯過氧苯甲酸（mCPBA）氧化可重新生成氧代硒蒽（S2）實現循環利用，提升了方法的實用性和經濟性。

合成應用

復雜分子的后期修飾：烯烴是天然產物和藥物中最常見的官能團之一，該方法的廣譜官能團兼容性使其可在含烯烴的天然產物、藥物中引入炔烴點擊單元，也可用于先進材料的官能化。對含多個烯烴的底物，反應可實現完全轉化；能耐受烯酮、不飽和酯、可氧化硫化物等結構，對空間位阻烯烴可選擇性轉化位阻較小的雙鍵；同時兼容達沙替尼衍生物中的胺、嘧啶、噻唑，以及環肽中的吡嗪和多個肽鍵等含氮母核。

烷烴向炔烴的轉化：將該方法與烷烴脫氫反應結合，可將儲量豐富的烷基基團轉化為高價值炔烴，大幅拓展了底物范圍。如環烷烴先通過已報道方法脫氫生成烯烴，再經兩步序列轉化為炔烴，未反應的烷烴還可回收利用。

烯烴構型反轉：未活化烯烴的直接立體異構化是合成化學難題，尤其是熱力學上不利的 E→Z 轉化。該方法通過構建烯烴 - 炔烴的合成橋梁，結合炔烴已有的立體選擇性半還原反應，實現了烯烴的構型反轉（Fig.3c）。

Z/E 烯烴的立體分選：1、將堿替換為碳酸氫鈉時，可分離出具有立體專一性的烯基硒蒽鎓鹽中間體，該中間體不會進一步發生消除反應：內烯烴生成的中間體保留原有碳鏈構型，端基烯烴則選擇性生成 E-構型產物，與傳統鹵化-消除方法破壞內烯烴立體化學、端基烯烴生成混合物的特點形成鮮明對比。2、鈀或鈷催化下，烯基硒蒽鎓鹽的 C–Se 鍵可被選擇性還原為 C–H 鍵，完全保留烯烴原始構型，氘代標記還原實驗證實氘僅在 C–Se 鍵位置引入（氘摻入率 80%），其他乙烯基位置無氘摻入。3、此外，三乙胺可選擇性促進 E-烯烴衍生的烯基硒蒽鎓鹽發生消除，而不影響 Z-烯烴的對應中間體，實現了 Z/E 異構體的化學區分。如 Z/E 比例為 1.3:1 的烯烴混合物，經硒試劑、碳酸氫鈉、三乙胺和還原劑依次處理后，可選擇性生成 82% 收率的炔烴，并再生 63% 收率的 Z - 烯烴；4、該策略也適用于分子內體系，含 Z/E 烯烴片段的底物中，Z-烯烴可被保留，E-烯烴則選擇性轉化為炔烴（收率 47%）。

機理研究

通過 1H、13C、77Se 核磁共振光譜及 X 射線晶體學表征，證實不同反應條件下生成的活性硒物種存在差異：條件 A 下生成結構明確的硒蒽二陽離子（60），條件 B 下生成穩定的自由基陽離子（61），且兩種條件下烯烴官能化過程中均僅檢測到穩定的單加合物（64–66）作為唯一中間體，該中間體可進一步消除生成烯基硒蒽鎓鹽（67-69）。

自由基鐘實驗（以 1,6 - 庚二烯為底物）：未檢測到環化產物，排除了分步自由基反應路徑；活性硒物種還可與苯炔反應生成陽離子三蝶烯類似物（74），證明反應以環加成為引發步驟，且底物范圍可拓展至烯烴之外。

反應選擇性的核心原因在于：锍離子比硒鎓離子具有更強的碳負離子穩定能力，導致烯基锍鹽更易發生烯丙基質子消除生成二烯，因此硒試劑在炔烴生成方面的選擇性顯著優于硫試劑。

基于以上研究，提出反應機理：條件 A 中，氧代硒蒽（S2）與 Tf2O 反應生成高親電性的二陽離子物種（60），與烯烴發生 [4+2] 環加成生成單加合物中間體（65）；條件 B 中，過量硒蒽（S1）存在下生成自由基陽離子物種（61），其與烯烴發生類似的環加成生成中間體（75），并經過量 61 單電子氧化收斂至同一中間體（65）；該共同中間體經堿促進的分步消除生成烯基硒蒽鎓鹽，最終轉化為炔烴，同時硒骨架（S1）得以再生。

本研究開發了一種實用、高效的方法，可在溫和條件下將烯烴轉化為炔烴，該方法的核心是經合理設計的可回收硒蒽試劑，其通過可調的氧化態驅動高效的結合-釋放循環，實現了將易得烯烴直接轉化為炔烴這目標。該方法對經典離去基團和敏感官能團具有優異的兼容性，證明了其在分子后期編輯中的可行性，為高價值炔烴的合成提供了高效途徑，使炔烴更易獲取，進而為其作為通用中間體的更廣泛應用奠定基礎。同時，該反應體系能實現現有策略無法完成的轉化，包括以炔烴為中間體的 Z/E 烯烴構型反轉，以及對 Z/E 烯烴混合物中 E-烯烴的選擇性反應，為合成創新提供了新機遇。機理研究證實，不同條件下生成的硒蒽二陽離子和自由基陽離子均通過環加成引發反應，且硒試劑因自身結構特點，在炔烴生成的選擇性上顯著優于傳統硫試劑。該研究解決了烯烴向炔烴轉化的百年難題，為有機合成中的分子骨架編輯提供了全新工具，有望在藥物研發、材料合成等領域發揮重要作用。

參考資料：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

研究團隊主要來自北京大學，焦寧為通訊作者，蒙駿鴻與焦寧構思并設計實驗，蒙駿鴻、梁亦奇等完成大部分實驗工作，全體作者參與數據分析與論文討論，蒙駿鴻與焦寧撰寫論文。