摘要：芳香杂环化合物（如吡啶）广泛存在于药物分子、功能材料以及天然产物中。由于其芳香性，这类化合物的骨架结构具有高度稳定性，因此其骨架中 C−N 与 C−C 键的选择性断裂与重组一直是极具挑战性的课题。在工业加氢脱氮（HDN）过程中，芳香氮杂环可在多组分固体催化剂表

芳香杂环化合物（如吡啶）广泛存在于药物分子、功能材料以及天然产物中。由于其芳香性，这类化合物的骨架结构具有高度稳定性，因此其骨架中 C−N 与 C−C 键的选择性断裂与重组一直是极具挑战性的课题。在工业加氢脱氮（HDN）过程中，芳香氮杂环可在多组分固体催化剂表面经由 C−N 与 C−C 键断裂，被转化为氨（NH3）及多种烃类化合物。然而，该过程通常需要在相当苛刻的条件下进行（300–500 °C，最高可达 200 atm H2），并且由于催化剂体系的复杂性，其反应机理仍不清晰。

为了在分子层面深入理解 HDN 过程，已有多种结构明确的过渡金属配合物被用于与氮杂芳烃的反应研究。研究发现，氮杂芳烃可以通过多种配位方式与过渡金属中心结合，但其芳环骨架的断裂通常并不会发生。仅有少数有机金属配合物能够实现通过断裂两个 C−N 键对氮杂芳烃进行脱氮开环。相比之下，芳香氮杂环中的 C−C 键通常比 C−N 键更为惰性，其被有机金属配合物切断的例子极为罕见。迄今为止，尚无金属配合物能够同时实现芳香氮杂环中 C−N 与 C−C 键的断裂。

日本理化学研究所（RIKEN）侯召民教授团队长期致力于多金属氢化物促进的小分子活化与转化研究，取得了系列创新成果（详见课题组主页 [1]）。此前，他们在吡啶活化方面已发现两类独特的反应，包括吡啶经由两根C−N键断裂的脱氮反应（Nat. Commun. 2017, 8, 1866）及吡啶脱氮缩环生成茂基配合物（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 31348）。近日，他们在吡啶骨架转化方面又有新进展，报道了首例氮杂芳环骨架C−N 和 C−C 键的同时断裂及重组反应。研究发现，吡啶骨架在三核钛氢簇合物的作用下，可根据取代基的空间位阻及位置，裂解为 [N]3-、[CHC(R)CHCH]4-与 [CH3]2-的组合，或 [NC(R)CHCH]4-与[CHCH]2-的组合。在加热至 160 °C 后，这些片段重新组合，生成热力学上更稳定的 [CHCHC(R)CHCH]5-骨架（图1）。这些转化过程涉及多个连续步骤，包括 C−H、C−C 和 C−N 键的断裂（通过 Ti(III) 物种的氧化加成实现），以及 C−H 和 C−C 键的重新形成（通过 Ti(IV) 物种的还原消除实现）。多金属中心之间的协同作用以及钛物种的氧化还原特性，在调控这些复杂转化过程中发挥了关键作用。本研究不仅在分子层面揭示了HDN反应的关键机理，也为芳杂环到烃类的分子编辑提供了一种全新的策略。

图1. 吡啶骨架在三核钛氢作用下的裂解与重组（简化示意图）

该成果近期发表在国际学术期刊J. Am. Chem. Soc.上。第一作者为日本理化学研究所基础科学特别研究员周小茜博士，侯召民教授为通讯作者。北京师范大学胡少伟教授、中国科学技术大学卓庆德教授、安徽大学罗根教授及日本理化学研究所专任研究员Takanori Shima博士对该工作做出了重要贡献。

Denitrogenative Carbon SkeletonCleavage and Reorganization of Pyridines by a Trinuclear Titanium Polyhydride Complex

Xiaoxi Zhou, Shaowei Hu, Qingde Zhuo, Gen Luo, Takanori Shima, Zhaomin Hou*

J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 41462–41471, DOI: 10.1021/jacs.5c11238

1. 侯召民教授课题组主页

来源：X一MOL资讯