多取代烯烴不僅廣泛地存在于天然產(chǎn)物和具有生物活性的分子中，而且是有機合成中的重要中間體。雖然通過羰基的烯基化反應作為一種經(jīng)典的策略可以實現(xiàn)多種不同多取代烯烴的合成，但是往往立體選擇性是靠底物取代基相對位阻大小決定的，并需要化學計量的強堿來產(chǎn)生葉立德中間體。催化劑控制的立體選擇性的烯烴復分解反應是近些年來合成多取代烯烴重要的方法，但是對于分子間的交叉復分解反應，往往需要特定的官能團來區(qū)分反應物的電性，并且合成四取代烯烴的方法尚無報道。因此，發(fā)展一類通用的催化立體選擇性的合成(Z)-1,2-二取代，三取代和四取代烯烴的方法是非常必要的。

中國科學院上海有機化學研究所金屬有機化學國家重點實驗室的孟繁柯課題組一直致力于鈷催化立體選擇性的反應的研究。在前期的研究中，孟繁柯課題組發(fā)展了一系列鈷催化新型立體選擇性反應（Angew. Chem. Int. Ed.2019,58,11049 –11053；Angew. Chem. Int. Ed.2021,60,2694–2698；J. Am. Chem. Soc.2021,143,12755–12765;J. Am. Chem. Soc. 2022,144,5233–5240;Angew. Chem. Int. Ed. 2022,61,e202205624;J. Am. Chem. Soc. 2023,145,3588–3598；Angew. Chem. Int. Ed. 2023,62,e202219257；Nat. Commun.2023,14,4825；Nat. Commun.2024,15,3427；Angew. Chem. Int. Ed.2024,e202405290）。在前期的研究中，該課題組在利用配體精確調控氧化環(huán)化產(chǎn)生金屬雜環(huán)中間體后續(xù)不同的基元轉化路徑，進而與第二分子親電試劑發(fā)生不同模式的反應，實現(xiàn)了路徑發(fā)散式的1,3-烯炔與丙烯酸酯的偶聯(lián)反應。在此基礎上，當增加水的當量，該課題組發(fā)展產(chǎn)物中的1,3-二烯可以發(fā)送進一步的半還原反應，立體選擇性地合成多取代烯烴，該課題組對更加普適性的不同取代類的簡單1,3-二烯的半還原反應進行了詳細研究，取得了新的研究進展。（J. Am. Chem. Soc. 2024,DOI: 10.1021/jacs.4c06925）

孟繁柯課題組發(fā)現(xiàn)，利用鋅粉還原體系產(chǎn)生一價鈷活性物種，與水發(fā)生氧化加成產(chǎn)生鈷氫物種，進而與1,3-二烯發(fā)生氫轉移反應，產(chǎn)生的烯丙基鈷中間體會發(fā)生1,4-鈷遷移，進而被質子化。通過與華中師范大學的張之涵研究員合作進行DFT計算化學研究，發(fā)現(xiàn)遷移過程涉及自由基中間體，揭示了全新的鈷催化反應模式。該課題組也將該反應應用到天然產(chǎn)物Ferrulactone II，Quadrilure，(Z)-3-甲基3-庚烯酸的合成中。

此項工作由上海有機所博士生王恒、聯(lián)培碩士生揭小鋒和聯(lián)培碩士生蘇婷、上海有機所碩士生武強輝共同完成，中科大鄺健同學提供低溫EPR支持，上海有機所孫釗同學提供質譜支持，華中師范大學張之涵研究員，上海有機所郭寅龍研究員、崇慶雷副研究員、孟繁柯研究員為通訊作者。該研究得到科技部、國家自然科學基金委、上海市科委、中國科學院、上海有機所和金屬有機化學國家重點實驗室的大力資助。

圖. 鈷催化利用水作氫源化學和立體選擇性的轉移半還原反應