作者：石油醚

本期热点研究，我们邀请到了本文第一作者，来自南京大学的副研究员黄俊为我们分享。

2026年10月28日，Nature在线发表了来自南京大学谢劲教授的题为「Switchable Chlorine Atom Transfer Radical Reactions」的研究论文。围绕“非活化碳-氯键精准活化与转化”这一核心科学问题，南京大学化学学院/化工学院谢劲教授团队在前期碳-卤键活化工作基础上（Nat. Catal. 2026, 9, 18; Nat. Chem. 2025, 17, 1655; Nat. Catal. 2022, 5, 1098; Nat. Synth. 2022, 1, 475），创新性提出双核铜-单核铜接力催化策略，成功实现各类氯代烃与聚氯乙烯塑料的可控氯原子转移反应。

通过双核铜催化剂选择性活化非活化有机氯化物的碳-氯键完成断键过程，再依托单核铜催化剂精准调控碳-氯键的可控重建，仅通过调控单核铜组分的参与与否，即可在同一温和反应体系中自由切换氯原子转移自由基加成反应与氯原子转移自由基聚合型反应路径，反应室温光照条件下即可高效进行，底物兼容性覆盖多种伯仲叔烷基氯化物、复杂药物天然产物衍生物，不仅可用于功能化复杂小分子、端基可调聚丙烯酸酯与嵌段共聚物的合成，还实现了在温和条件下直接对聚氯乙烯（PVC）本体的脱氯氢化与接枝改性。

“Switchable Chlorine Atom Transfer Radical Reactions”

Jun Huang, Yu Liu, Wencheng Yan, Guichao Dong, Xinyue Zhang, Hongliang Chen, Shiyi Zhao, Zhou Xu, Chengjian Zhu, Jie Han & Jin Xie*

Nature, 2026 . doi: 10.1038/s41586-026-11348-z

Q1. 请对“Switchable Chlorine Atom Transfer Radical Reactions”作一个简单介绍。

我国是基础氯代烃的产能大国，实现其高附加值催化转化有望赋能相关产业链转型升级。然而该过程面临活性与选择性的双重困境。其一，C–Cl键解离能高、还原电位低，键的活化十分困难。其二，面临多重选择性控制的巨大挑战：原料与产物中同时存在C–Cl键，须发展底物精准活化新方法；其三，成键阶段还须调控反应路径，以定向生成目标产物。常规体系难以同时兼顾“断键”与“成键”过程，成为该领域长期未解的挑战。

针对上述挑战，本文构建了由双核铜与单核铜催化剂组成的接力催化体系。双核铜催化剂负责“断键”——利用铜–铜之间的电子协同效应，以内球电子转移（ISET）方式选择性地切断非活化底物的C–Cl键；单核铜催化剂负责“成键”——加速C–Cl键的再生，把反应导向氯原子转移自由基加成产物。反之，若撤去单核铜催化剂，C–Cl键再生变慢，自由基链增长占据主导，反应倾向于发生铜介导的聚合。两种催化剂协同分工、优势互补，成功解决了活性与选择性的两难困境。

该氯原子转移自由基加成反应的底物范围广，官能团兼容性强。伯、仲、叔氯代烷烃均可发生转化，缩醛、酮、酯、酰胺、醚、醇、氨基、末端炔、烯烃等敏感官能团皆可兼容。更换溶剂后，该策略还可延伸至氯代芳烃。研究团队还进一步将该方法拓展至高分子领域。在仅使用双核铜催化剂时，非活化氯代烷烃可作为引发剂参与丙烯酸酯的氯原子转移型聚合，制得α端带有不同官能团的聚丙烯酸酯，并进一步用于嵌段及三嵌段共聚物的构筑。该策略还可用于聚氯乙烯（PVC）的直接脱氯与接枝改性，调节反应时间可以改变PVC的脱氯程度和接枝率。

Q2. 有关本次研究的时候遇到过怎样的困难呢？又是怎样克服的呢

接力催化体系虽然强大，但也给催化剂结构的确定及进行具体反应机理的探究也带来了巨大挑战。在找到最优的膦配体与氮配体后，在接近半年的时间中我们都反复在养单晶、测膦谱。

得益于谢劲教授的悉心指导，我们在得到催化剂单晶结构后，理性设计并进行氯化实验、反应中间体监测实验、膦谱实验，最终推测出了合理的反应机理。

Q3. 本次研究主体，有没有什么让您感觉特别辛苦和烧脑呢？

相较于反应的探索与条件优化，理性设计并进行机理实验是一个比较辛苦且烧脑的过程，幸好有谢劲教授的耐心指导以及不断鼓励，让我在科研的探索过程中始终充满信心。

Q4. 将来想继续研究化学的哪个方向呢？

在接下来的研究工作中，我们将基于我们在惰性碳卤键活化领域已有的研究基础，以双核金属为核心，进一步设计合成活化能力更强的新型催化剂，并尝试进行不对称转化方面的研究。

Q5. 最后，有什么想对各位读者说的吗？

后来者总有机会。站在前人的肩膀上，发现问题，思考问题，解决问题正是科学探索的快乐。

作者教育背景简介

教育背景：

2014.09-2018.06 兰州大学，化学（基地班），理学学士

2018.09-2021.06上海有机所，金属有机，理学硕士 (孟繁柯教授)

2021.09-2025.06 南京大学，有机化学，理学博士 (谢劲教授)

2025.07 至今 南京大学，化学学院，副研究员

相关介绍：

黄俊，出生并成长于江苏常州。2014-2018 在兰州大学化学（基地班）获得学士学位。 2018-2021年在中科院上海有机所孟繁柯教授的指导下进行低价钴配合物的环金属化反应研究，并获得硕士学位。2021-2025年在南京大学化学学院谢劲教授的指导下进行激发态铜催化惰性碳卤键活化反应的研究。2025年7月留校作为副研究员继续进行相关研究。

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