5月23日，Journal of the American Chemical Society（《美國化學會會志》）以正封面形式在線發(fā)表了高等研究院教授孔望清課題組在配體調(diào)控的碳碳鍵選擇性激活與重組方面的最新研究成果。

論文題為“Switchable1,2-Rearrangement Enables Expedient Synthesis of Structurally Diverse Fluorine-Containing Scaffolds”（《可切換的1,2-重排合成結(jié)構(gòu)多樣的含氟骨架》）。高等研究院博士后平媛媛和博士研究生潘琪為共同第一作者，孔望清和南京大學教授王敏燕為論文的共同通訊作者，高等研究院為論文的第一署名單位。

涉及碳-碳鍵斷裂的重排反應是重塑化合物骨架的有力策略，并已被廣泛應用于從簡單分子組裝具有獨特結(jié)構(gòu)特性的復雜天然產(chǎn)物中。其中，1,2-碳重排僅發(fā)生在活性碳中間體上，例如碳陽離子、碳自由基或卡賓等。由于缺乏有效控制不同基團遷移能力的方法，1,2-碳重排通常會生成區(qū)域異構(gòu)體的混合物，從而降低其合成應用價值。因此，實現(xiàn)可調(diào)控的遷移重排反應仍然是合成化學領(lǐng)域中亟需解決的一個重要難題。

孔望清課題組聚焦于鎳催化的還原環(huán)化反應來高效構(gòu)建含季碳中心的雜環(huán)化合物。近年來，該課題組利用鎳獨特的性質(zhì)（原子半徑小，易于氧化加成而難以β-H消除；擁有更加廣泛的配體適用范圍，在催化反應的選擇性控制方面擁有更多的可能性），實現(xiàn)了鎳催化配體調(diào)控的區(qū)域發(fā)散性環(huán)化反應（J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 10282?10291；Angew. Chem. Int. Ed.2022, e20220157）。

在這些工作的基礎上，該課題組通過改變配體和金屬鎳的氧化態(tài)（金屬中心的電子密度）來調(diào)節(jié)關(guān)鍵6-exo環(huán)化的金屬中間體M的反應性，控制不同基團的遷移能力，從而實現(xiàn)了Csp3-Ar鍵與Csp3-C(O)鍵的選擇性活化與重組，從相同的底物出發(fā)，實現(xiàn)了多種含氟生物活性分子骨架的發(fā)散性合成（圖1）。

作者成功合成了對水和氧氣都極其敏感的σ-烷基鎳(II)絡合物，并通過X射線單晶衍射分析證實了其結(jié)構(gòu)。在當量還原劑Mn存在的條件下，化學計量的絡合物與三氟甲基烯烴的反應，可以得到相應碳碳鍵斷裂和重組的產(chǎn)物，證實了6-exo環(huán)化形成的σ-烷基鎳(II)絡合物是該反應的關(guān)鍵中間體。但是在不存在還原劑Mn的條件下卻不能得到目標產(chǎn)物。這些結(jié)果清楚表明二價的σ-烷基鎳物種必須被還原到一價，碳碳鍵的斷裂和重組才能進行（圖2）。

作者進一步與南京大學王敏燕教授合作進行了密度泛函理論(DFT) 計算，探索了不同配體對碳碳鍵的斷裂和重組的額選擇性控制，進而佐證了反應的機理。

該課題組利用配體與金屬價態(tài)協(xié)同調(diào)控的策略，實現(xiàn)了碳碳鍵（Csp3-Ar鍵與Csp3-C(O)鍵）的選擇性激活與重組?？臻g位阻大的iPrPDI 配體促進了1,2-芳基/鎳dyotropic重排，而三聯(lián)吡啶配體促進了1,2-酰基/鎳的dyotropic重排，從相同的底物出發(fā)，實現(xiàn)了多種具有生物活性的含氟骨架的發(fā)散性合成。該策略為未來開發(fā)更具選擇性的催化系統(tǒng)打開了大門，并助力了合成化學中對可調(diào)控的1.2-Dyotropic重排反應的長期探索。

該研究得到了國家自然科學基金項目（22171215和21901111）、中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金（2042021kf0032）、中國博士后面上基金（2020M680108）和湖北省博士后基金（211000012）等的支持。（來源：武漢大學）