華東理工大學教授鄭軍團隊和美國匹茲堡大學教授劉鵬團隊合作，發展了一種基于雙環[1.1.0]丁烷（BCB）衍生物的受體型卡賓前體平臺，實現了催化劑控制的化學發散合成新策略，為綠色、安全、原子經濟的金屬卡賓化學開辟了新路徑。相關研究成果近日發表于《德國應用化學》。
過渡金屬催化的卡賓轉移反應是有機合成中的重要工具，然而傳統方法通常依賴不穩定且存在安全風險的重氮化合物。盡管已有多種替代策略被提出，但能夠同時滿足“氧化還原中性”與“高原子經濟性”的通用平臺仍較為匱乏。
研究團隊設計并開發出羧酰胺功能化的BCBs，將其作為受體型卡賓前體。這類化合物穩定性優異、操作簡便，在廉價金屬鎳或銅的催化下，可通過應變驅動的雙C–C鍵斷裂，區域選擇性生成受體型金屬卡賓，而無需使用重氮化合物。
在反應過程中，通過切換催化劑，可精確控制反應路徑。其中，鎳催化實現了環丙烷化反應，構建含有多個連續立體中心的氮雜雙環[n.1.0]骨架，產率高、非對映選擇性優異，底物適用范圍廣。銅催化實現了形式上的C(sp2)–H插入反應，生成烯丙基氧吲哚類化合物，具有高化學選擇性和良好的官能團兼容性。兩種反應均表現出100%的原子經濟性，且無需額外氧化劑或還原劑。
進一步地，研究團隊揭示了兩種催化體系的機理差異。鎳催化體系通過分步的C–C鍵氧化加成/逆[2+2]環加成路徑生成鎳卡賓，反應速率決定步驟為逆環加成。銅催化體系采用協同的雙C–C鍵斷裂路徑，生成高親電性銅卡賓，隨后發生親電芳香取代反應，完成C–H插入。
基于此方法，研究團隊成功構建了抗病毒活性分子二氫喹啉酮、鎮痛藥物Bicifadine及天然生物堿Horsfiline的核心結構，產物中的烯丙基、酰胺等基團可進一步功能化，展現了此方法的實用價值。
相關論文信息：http://doi.org/10.1002/anie.9286701