在化学领域，C-C键的活化一直是个极具挑战的课题，其主要原因在于C-C键通常具有较高的键能（约90 kcal/mol），这使得它的选择性断裂尤为困难。然而，通过C-C键的活化可以重塑碳骨架，从而合成多种结构复杂的有机分子，为新药开发和材料合成提供了巨大的潜力。尽管过渡金属催化剂在解决这一问题上取得了进展，（图1a）但传统均相催化方法存在催化剂分离困难、配体昂贵、反应条件苛刻等问题，限制了其大规模应用。近年来，单原子催化剂（Single-Atom Catalysts, SACs）因其高原子利用率和优异的催化性能，成为解决这一瓶颈的关键。然而，单原子催化剂的活性中心往往处于接近饱和的配位环境，这对多位点底物的选择性活化提出了新挑战。针对这一科学难题，本研究以γ-Al2O3为载体，开发了一种原子分散的单原子铜催化剂（Cu-SAC），并将其成功应用于酰胺C-C键的选择性活化反应，生成了多种重要的尿素衍生物和氨基甲酸酯类化合物。（图1c）
图片来源：ACS Catalysis
本研究的核心目标是设计一种高效稳定的单原子铜催化剂，利用其催化酰胺C-C键的区域选择性断裂，开发绿色、可持续的合成路径。研究团队采用改良浸渍法，在γ-Al2O3载体上分散单原子铜位点。通过调控焙烧温度（450°C、550°C和650°C），优化了铜原子与载体的配位环境，以增强催化活性和稳定性。Cu1/γ-Al2O3-550表现出最佳性能，其周围的未饱和配位结构和丰富的氧空位促进了底物的选择性吸附和活化。催化剂的表征手段包括X射线吸收光谱（XAFS）、高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）以及核磁共振（NMR），这些技术验证了铜原子以单原子形式均匀分布，并与载体形成了稳定的配位键。
图片来源：ACS Catalysis
本研究首次将单原子铜催化剂应用于酰胺C-C键的高效区域选择性断裂，显著提高了反应的选择性、转化效率和绿色化学指标。在这一过程中，Cu1/γ-Al2O3-550催化剂的TON达到了1494，远高于传统均相铜催化剂的20。研究进一步表明，催化剂具有良好的循环稳定性，在多次使用后催化活性几乎未发生衰减。除了合成尿素衍生物外，该催化体系还可适用于醇类和脂肪胺类底物的转化，显示出良好的底物兼容性和潜在的工业应用价值。这一创新催化体系不仅为惰性C-C键的选择性活化开辟了新途径，也为均相催化向多相催化的绿色转型提供了重要参考。此外，本研究开发的单原子铜催化剂在药物分子和精细化学品合成中的应用潜力巨大，将对未来的绿色化学和可持续发展产生深远影响。标题：Tailoring the Coordination Environment of Cu Single Atoms for Achieving Regioselective C–C Bond Activation of Amides
作者：Wunengerile Zhang, Chaolumen Bai, Dan Liu, Agula Bao, Tegshi Muschin, Yong-Sheng Bao,* and Jin Xie*
链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c05223
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