在有机合成、药物研发及复杂分子后期修饰等领域，脂肪族C(sp³)–H键的直接官能化长期以来一直是研究者关注的核心方向。由于这类化学键广泛存在于各类有机分子中，但其键能高、化学性质惰性，因此直接活化惰性烷烃C(sp³)–H键也被视为有机合成领域的“圣杯”之一——在温和条件下精准引入多样化官能团，既充满挑战，又具有极高的应用价值。

　　氢原子转移(HAT)可在无需额外导向基团的前提下，直接活化惰性C(sp³)–H键。但传统的HAT方法多依赖氧中心自由基，常需借助过氧化物或高能激发态光催化剂。其中，当量级别的过氧化物的使用显著增加了反应的危险性;而氧中心的光催化剂结构则存在结构调控困难、激发态反应性“宽泛”以及活性中心周围修饰空间有限等局限性。

　　为突破上述瓶颈，所(园)天然产物化学研究中心植物化学成分与生物合成项目组冯博雅助理研究员在德国雷根斯堡大学Joshua P. Barham课题组从事博士后研究期间，联合荷兰阿姆斯特丹大学、捷克科学院、布拉格化工大学以及英国思克莱德大学相关研究人员，另辟蹊径，借鉴氧中心光催化剂的三重态双自由基活化机制，提出了全新设计理念：选用9-芳基吖啶(Ar-Acr)这类中性含氮芳香化合物作为光催化剂。该类分子经光激发与系间窜越可形成三重态氮中心自由基，直接完成C(sp³)–H键的氢原子攫取;反应后催化剂依托杂芳环重新芳构化实现循环再生，彻底摆脱传统氧中心催化剂与当量氮自由基试剂的技术桎梏。同时，9-位芳基的引入还能有效稳定催化中间体，避免催化剂失活。

　　在最优反应条件下，该催化平台展现出极宽的底物适用范围。各类环烷烃、桥环烷烃、直链烷烃均可顺利发生烷基化反应。针对丁烷、丙烷、乙烷等气态低碳烷烃(C–H键解离能高达98–101 kcal mol⁻¹)，研究团队结合连续流反应装置，成功实现了这类高难度底物的官能化。该9-芳基吖啶光催化平台可与镍、铜等过渡金属催化高效联用，构建多种双催化体系，极大地丰富了C(sp³)–H键的官能化类型。尤其值得关注的是，该催化体系还可实现烷烃、芳基溴、烯烃参与的三组分串联反应，是有机光催化与镍催化联用体系中鲜有报道的反应类型。

　　面向医药合成领域，该催化体系展现出极高的实用价值，可显著简化药物关键中间体的合成路线。西波莫德(Siponimod)中间体：该药物核心片段传统合成路线共6步，利用本催化体系结合Blanc氯甲基化反应，仅需2步即可完成制备;SR-31747药物片段：传统6步合成路线被简化为一步反应，极大缩短了合成周期。在复杂分子后期修饰方面，天然莰烷酸、临床药物丙磺舒等复杂生物活性分子，均可在该体系下完成烷基化，收率理想，为药物分子结构优化提供了便捷手段。

　　此外，研究团队综合运用动力学同位素效应(KIE)、自由基捕获实验、瞬态吸收光谱(TEAS)、电子顺磁共振(EPR)以及密度泛函理论(DFT)计算，确认了该氢原子转移过程确由9-芳基吖啶作为三重态N中心自由基所引发，并系统阐明了反应机理与催化剂间构效关系。

　　上述研究成果近期以“Neutral photogenerated N-centred radicals as a general, catalytic direct hydrogen atom transfer platform for aliphatic C–H functionalization”为题发表于Springer Nature杂志社期刊Nature Catalysis(IF = 48.3)上。所(园)助理研究员冯博雅为本文的唯一第一作者，所(园)与南中医联合培养博士生张国栋参与该研究，所(园)为论文第二通讯单位。本研究得到了国家自然科学基金(22207047)，江苏省自然科学基金(BK20220749)以及国家留学基金委的资助。

　　该论文获取链接：https://www.nature.com/articles/s41929-026-01539-2

中性光生氮中心自由基作为C(sp³)–H官能化的通用催化直接氢原子转移平台