通过利用亚硝基释放与转移的光诱导选择性N–N键构建

点亮连接氮原子的新途径

氮原子是许多药物、作物保护剂和先进材料的核心。化学家在将氮连接到碳上方面非常擅长，但直接将两个氮原子相连要困难得多。本研究介绍了一种由光驱动、无金属的可控方法，将氮原子连接在一起，为合成广泛有用分子开辟了更简便的途径。

为何将氮与氮相连如此困难

许多天然产物和药物含有彼此相连的氮原子对，这种结构可以调控分子在体内或材料中的行为。现有构建这些N–N单元的方法通常从预先制备的含N–N片段（如肼或偶氮化合物）出发，然后逐步改造。直接从简单胺形成N–N键虽然具有吸引力，但很难实现：氮的电负性较高，两氮原子不易自发形成稳定的非极性键。过去的成功多依赖过渡金属催化剂，并且常常仅适用于狭窄的分子家族，限制了它们在发现化学中的实用性。

用光驯服高活性的中间体

作者转向了亚硝基（nitrene）——高度活泼、寿命极短的氮物种，原则上它们可以插入其他键。传统的亚硝基化学通常需要金属催化，并且亚硝基能量很高，容易产生副反应。研究团队探讨是否能用光以更温和、更可控的方式生成亚硝基，而不使用任何金属，并利用它们将简单胺连接成含N–N的产物。他们的关键思路是使用亚磺亚胺（sulfilimines），这类分子易于修饰且能吸收紫外和近可见光。受光照射时，这些亚磺亚胺能够以释放亚硝基片段的方式裂解，同时回收为无害的含硫副产物。

一种广谱的无金属氮对制备方案

经过系统测试，研究者确定了一种特定的亚磺亚胺，在365纳米光与氯仿溶剂条件下，能高效地与多种胺反应生成肼酰胺产物——即在羰基邻近新形成N–N键的分子。他们优化了亚磺亚胺结构、溶剂和光强等因素，以使目标产物优先生成并抑制如脲类等常见副产物。在这些温和条件下，各类胺（包括芳香族、脂肪族以及环状胺）均能成功偶联。研究还表明，许多不同的亚磺亚胺（携带芳香或脂肪酰基以及磺酰基）均能良好参与反应，产出数十种不同的含N–N产物。重要的是，该方法可在合成后期用于修饰复杂的、生物活性的分子，例如常见的抗炎药和手性构建块，展示了其在药物与材料化学中的实用性。

窥探光驱动步骤的机理

为理解这一光触发化学的工作原理，团队结合了实验与理论研究。他们使用自由基捕获剂、同位素标记和电子顺磁共振（EPR）证明反应过程中出现了自由亚硝基中间体和以氮为中心的自由基。飞秒分辨的激光光谱学揭示了亚硝基的两种关键形式：寿命较短的三重态和寿命较长的单重态。单重态通过类似亲核进攻的方式直接与胺反应，而三重态则可参与氢原子转移步骤。计算结果支持这样一个机理：光激发亚磺亚胺，其硫—氮键断裂，生成的亚硝基通过单重态和三重态两条途径与胺交互，最终形成稳定的肼酰胺结构。

对未来分子的意义

这项工作表明，精心设计的亚磺亚胺可以作为“亚硝基储库”，在需要时通过光释放反应性氮单元，无需金属助力。通过在保持低浓度的同时利用亚硝基的单重态和三重态特性，该方法在广泛的构件上实现了选择性的N–N键形成。对于非专业读者而言，结论是：化学家现在拥有一种更简单、更清洁且更灵活的连接氮原子的方法，这可能会加速新药物、农化品和富氮材料的发现与开发。

引用: Yu, M., Feng, J., Wang, X. et al. Photo-induced selective N-N bond construction via harnessing nitrene release and transfer. Nat Commun 17, 2084 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68674-z

关键词: 亚硝基化学, 光诱导反应, N–N键形成, 亚磺亚胺, 肼酰胺