研究背景

硝基芳烃作为一种广泛存在的化学原料，在有机合成、医药、农化及功能材料等领域具有重要应用。与传统的芳香族化合物相比，硝基芳烃因其容易通过电亲电子取代反应进行高效合成，具有较为广泛的底物适应性和可扩展性，成为了合成中重要的中间体。然而，硝基芳烃的CAr–NO2键具有较高的惰性，导致其在未活化的情况下难以直接进行脱硝取代反应，因此传统上依赖于还原、重氮化以及桑德梅耶反应等多步序列进行转化，这不仅存在较低的原子经济性，还可能生成大量废物，并且在某些步骤中存在爆炸性重氮盐中间体的安全隐患。因此，如何实现硝基芳烃的高效、环保的直接转化，仍然是一个亟待解决的挑战。

为此，华中师范大学化学学院叶飞教授团队和香港中文大学（深圳校区）成贵娟教授合作在“Nature Chemistry”期刊上发表了题为“Light-promoted aromatic denitrative chlorination”的最新进展。该团队设计并实现了一种新型的可见光照射下的脱硝氯化反应，该方法能够在温和条件下直接断裂CAr–NO₂键，将氯自由基引入硝基芳烃分子中，实现了高效的氯化反应。

这一反应不仅适用于多种未活化的硝基芳烃和硝基烯烃，而且对空气和水分不敏感，可在十克规模下顺利进行。通过这一创新的反应机制，研究团队成功地扩展了硝基芳烃的应用范围，避免了传统热条件下亲核芳香取代反应的高温和强碱性条件，大大提升了反应的效率和选择性。此外，密度泛函理论计算进一步揭示了这一反应的可能路径，为该方法的机制提供了理论依据。    

研究亮点

1.实验首次开发了可见光照射下的通用脱硝氯化反应，成功实现了未活化硝基芳烃的脱硝氯化转化。该反应利用氯自由基通过断裂CAr–NO₂键替代硝基基团，开辟了新的反应路径。

2.实验通过密度泛函理论计算分析了反应机制，揭示了脱硝氯化反应的可能路径。这些计算结果为进一步理解该反应的合成机理提供了理论支持。

3.该方法适用于多种未活化的硝基芳烃和硝基烯烃，且在空气和水分条件下稳定，不需要贵金属催化剂或光还原催化剂，克服了传统亲核芳香取代反应对反应底物和条件的苛刻要求。

4.该转化方法在十克规模下顺利进行，表明其具有可扩展性，适用于大规模合成。与传统的热条件下的亲核芳香取代反应相比，该方法操作简便，适用范围更广。

图文解读

图1：硝基芳烃转化策略

图2：合成应用示例

图3：机理研究。

图4：脱硝氯化反应的能量剖面    

结论展望

总之，本文开发了一种实用的策略，通过可见光照射下的直接芳香脱硝氯化反应，在没有贵金属和额外光还原催化剂的情况下替代NO₂基团，展示了广泛的底物范围和良好的官能团耐受性。该方法能够很好地适用于多种富电子硝基芳烃、未活化的硝基杂环化合物和硝基烯烃。此外，该反应具有操作简便和可扩展性，是构建CAr–Cl键的实用补充。总体而言，NO₂基团作为离去基团在光照条件下断裂CAr–NO₂键，提供了一种独特的方法，用于电子无偏硝基芳烃的芳香修改，为硝基芳烃的转化提供了替代路径。

原文详情：

Liang, T., Lyu, Z., Wang, Y. et al. Light-promoted aromatic denitrative chlorination. Nat. Chem. (2025). 

https://doi.org/10.1038/s41557-024-01728-1