近日，国际化学顶尖期刊Journal of the American Chemical Society在线发表了华中师范大学化学学院叶飞教授与香港中文大学（深圳）成贵娟教授合作的最新研究成果“Excited State SNAr Reactions of Nitroarenes”。华中师范大学为第一完成单位，论文的作者为香港中文大学（深圳）博士后吕桢（计算部分）与华中师范大学博士研究生梁恬田（实验部分），论文的通讯作者为华中师范大学叶飞教授与香港中文大学（深圳）成贵娟教授。
华中师范大学叶飞课题组致力于硝基芳烃的脱硝基官能团化研究。2025年，该团队报道了可见光促进硝基芳烃脱硝基氯化，揭示了氯对硝基的“自由基型”芳香取代反应（“SRAr”）（Nat. Chem. 2025, 17, 598–605）。在此基础上，近日该团队进一步发展了激发态硝基芳烃的芳香亲核取代反应（“SNAr*”），利用硝基自身作为发色团，无需外加光敏剂，可实现（基态）热条件下的芳香亲核取代反应所难以实现的新反应性，硝基可以被-H/D, -OR, -NHCOCF3, -NHR, -OCF3, -OH, -F, -CN等一系列基团在光照条件下高效、直接取代。
机理研究表明，光激发诱导了硝基芳烃电子云的重新分布，改变了与硝基相连的碳原子的电性，最终通过“光激发削弱芳香性—亲核进攻恢复芳香性”的外场赋能机制使得取代反应顺利进行。该反应无需另一吸电子基团，可兼容多（稠）环和单环芳烃，大幅拓宽了硝基芳烃在芳香亲核取代反应中的底物范围，为开发经由底物直接激发的芳香亲核取代反应打开了新的大门。
该反应突破了基态条件下芳香亲核取代反应对缺电子底物的依赖，激发态的底物在室温条件下即可发生芳香亲核取代，表现出了与加热条件截然不同的活性和选择性，充分证明了反应机制的彻底改变。这是芳香环在激发态发生亲核取代反应（SNAr*）的首例系统研究，可见光照射条件下硝基苯底物经历电子重构，从而突破了基态条件下难以实现的芳香亲核取代反应路径，实现了广谱的脱硝基官能团转化，为光驱动芳烃官能团转化反应提供了新的理论依据。
叶飞教授团队近年来专注于大宗化学品的高值转化。现已通过可见光诱导实现了硝基苯的脱硝基官能化转化，芳香醛的脱甲酰氘化反应等。这一系列研究不仅在基础化学理论上取得了重大突破，也为实际应用铺平了道路，具有重要的借鉴意义。目前，团队已凭借丰硕的系统原创成果，在Nat. Chem.、J. Am. Chem. Soc、ACS Catal.、Chin. Chem. Lett.、Org. Lett.等多个国际顶尖期刊上发表论文10余篇。该项研究工作得到了国家自然科学基金的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c21841 (DOI: 10.1021/jacs.5c21841)
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