烷烃C–H键的功能化是合成和转化医药、农业和材料化学等领域复杂分子的关键步骤。相比传统的C–H键转化策略，直接活化惰性C–H键可简化合成路径，提高反应的选择性和效率。然而，C–H键的区域和位点选择性功能化仍然面临挑战，尤其是在无定向基团的复杂分子体系中。

为了解决这一问题，康奈尔大学林松教授课题组在Nature Chemistry期刊上发表了题为“Light-activated hypervalent iodine agents enable diverse aliphatic C–H functionalization”的最新论文。该团队设计并合成了一种高价碘试剂PIMS（phenyliodine(III) bis(hexamethyldisilazide)），可在温和光化学条件下释放高效的氢原子抽提剂，实现C–H键的活化。

利用该试剂，研究人员成功实现了对烷烃C–H键的选择性(N-苯基四唑)硫代化，并验证了该方法对多种底物的普适性。此外，通过改变自由基捕获剂，该方法能够直接将C–H键转化为C–S、C–Cl、C–Br、C–I、C–O、C–N、C–C和C=C等多种化学键，显著提升了C–H键功能化的多样性和合成灵活性。该研究不仅提供了一种可调控的C–H键活化策略，也为合成复杂有机分子提供了新的思路和方法。

(1) 本研究首次开发了一种超价碘试剂（PIMS），在温和的光化学条件下释放高效的氢原子抽取剂，实现了脂肪族 C–H 键的活化，并成功选择性地进行 (N-苯基四唑) 硫化反应。

(2) 该实验通过 PIMS 试剂光照分解生成 HMDS• 自由基，提供了强驱动力（BDEN–H ~109 kcal mol−1），高效抽取 C–H 键的氢原子，并与独立的自由基捕获剂（RTA）结合，克服了传统方法中捕获剂选择受限的问题。

① 该方法适用于多种底物，能够高效构建 C–S 键，同时通过更换自由基捕获剂，可进一步拓展至 C–Cl、C–Br、C–I、C–O、C–N、C–C 及 C=C 等多种键的构建，实现了脂肪族 C–H 键的高效多样化转化。

② 研究展示了硫化产物的进一步衍生化潜力，证明了该策略在有机合成、药物化学、农药及材料化学中的应用价值。

③ 通过设计刺激响应型 PIMS 试剂，该方法成功解耦了 HAT 形成与自由基捕获步骤，避免了催化循环或自由基链传递的限制，为 C–H 键功能化提供了更广泛的合成平台。

图1.通过氢原子转移实现脂肪族C–H键的多样化

图2.(N-苯基四唑)硫醚和四唑硫酮的衍生化

图3.使用PIMS进行C–H多样化

图4.区域发散性C–H（N-苯基四唑）硫醇化

本研究通过设计超价碘(III)试剂PIMS，实现了C–H键的多样化官能化，为自由基介导的C–H键活化提供了一种全新的策略。这一工作在多个方面具有重要的科学启迪。首先，它成功地将氢原子抽取（HAT）过程与自由基捕获过程解耦，大大扩展了可用的自由基捕获剂范围，使得C–H键能够转化为多种官能团，包括C–S、C–Cl、C–Br、C–I、C–O、C–N、C–C和C=C键。其次，该方法在温和条件下即可实现高效反应，兼具底物普适性和官能团耐受性，为药物分子及天然产物的后期修饰提供了有力工具。第三，本研究证明了超价碘试剂在光化学C–H键活化中的潜力，启发了未来在可见光催化、自由基化学及合成方法学领域的发展。总体而言，该研究为C–H键直接官能化提供了一种通用、可扩展的平台，有望推动有机合成及相关领域的新突破。

Lu, Z., Putziger, J. & Lin, S. Light-activated hypervalent iodine agents enable diverse aliphatic C–H functionalization. Nat. Chem. (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-025-01749-4