烯烃的官能团化反应是以易获取的烯烃为原料快速制备高附加值分子最常用的方法之一，是现代化学和工业的基石。在过去的几十年里，相应转化对合成化学、药物化学和材料等领域产生了重要影响。然而，这些转化在很大程度上仍然依赖于末端烯烃和立体构型单一的非端烯烃为材料；这是由于烯烃的立体化学，如(Z)-或(E)-构型在确定最终手性产物的绝对构型方面起着至关重要的作用，如果烯烃是(Z/E)-异构体的混合物，则最终产物的产率和选择性将受到影响，甚至在某些情况下产生完全相反构型的产物。然而，传统的烯烃制备方法或直接由石油裂解得到的通常是含(Z/E)-异构体的烯烃混合物。因此，为确保最终产物的高立体选择性，必须首先对烯烃进行困难且耗时的纯化，但是该过程大大降低其可持续性和经济性，同时增加了化学废弃物的产生（图1A）。因此，开发一种直接利用（Z/E）混合烯烃为反应原料的立体汇聚型反应是一项急切但极具挑战性的任务，特别是当手性产物中含有两个及以上的立体中心（图1A）。
图1. 烯烃不对称双官能团化反应
最近，Hartwig、Andersson、Arnold、陆展等课题组发展系列过渡金属催化和生物催化体系，实现了立体汇聚型的不对称还原、烷基化和氢硼化反应。但这些例子仍然非常有限，主要是以含配位基团的三取代烯烃为底物，且一般只构建一个立体中心（图1B）。相比之下，尽管近几十年来烯烃不对称双官能团化反应经历了蓬勃的发展，但直接以(Z/E)-混合烯烃为原料立体汇聚的不对称双官能团化反应仍是一个巨大的挑战（图1B）。
最近，东北师范大学张前教授、熊涛教授以及祝丽涵老师成功构建了双金属Co/Cu以及修饰的二茂铁-噁唑啉（FcPHOX）为配体的催化体系，实现了(Z/E)-混合烯烃立体汇聚的不对称胺硼化反应。该策略成功的关键是：在Co催化下可快速地实现Z→E式烯烃的转化，同时在Cu催化条件下可以以高的选择性实现E-烯烃的不对称胺硼化反应，且两种金属催化剂具有高度的选择性；改造的手性配体不仅可以加速Z→E式烯烃的转化还可以增加决速步骤的能量差（图1C）。
在最优条件下，作者对该反应底物适用范围进行了考察：对于各种取代基的烯烃混合物以及不同类型的羟胺酯衍生物为底物时，反应都有着良好的兼容性，以优异的对映及非对映选择性得到相应的手性胺硼化产物（>90% ee, 99:1 dr）。一系列含有生物活性分子的复杂混合烯烃均能有效转化为相应的目标产物（图2A）；手性胺硼化产物可以转化为一系列重要的手性氨基醇、手性二胺及含卤手性胺化合物（图2B）。结合光催化策略以及合成相应的手性配体的对映异构体，可实现混合烯烃立体发散型的转化，以优异的对映、非对映选择性获得四种手性化合物（图2C）。基于前期烷烃脱氢反应，还可实现直接以正丙基苯的连续脱氢/立体汇聚的不对称胺硼化反应（图2D）。
图2. 合成应用
为了进一步探究反应机理，作者进行了系列的机理研究，结果表明：1）Co催化剂能专一性地快速实现Z-→E-式烯烃的转化，2）铜催化剂能优异地控制E-式烯烃的不对称胺硼化，且E-式烯烃表现出更高的反应活性；3）非线性实验表明两种金属催化剂与配体均以1:1的形式结合。作者还利用DFT计算进一步阐明了修饰的手性配体呈现出优异对映、非对映选择性的原因：与结构类似的商业易得的配体相比，修饰配体在Z-→E-式烯烃转化中呈现出更低的活化能，而在后续的不对称胺硼化反应中，进一步增加了Z-和E-式烯烃胺硼化反应的能量差，这些结果共同作用导致反应表现出优异的非对映选择性（图3）。
图3. 机理探究研究
总之，该工作首次报道了一种双金属Co/Cu接力催化的(Z/E)-混合烯烃立体汇聚的不对称胺硼化反应，以优异的对映及非对映选择性同时构建含两个连续的立体中心的手性胺硼化产物。机理研究阐明了两种金属催化及手性配体在催化体系中的作用。这种双金属接力催化策略为以更经济和可持续的方式实现直接以(Z/E)-烯烃混合物的立体汇聚转化提供了新的思路。
该工作实验部分由东北师范大学博士研究生尹建军完成，由熊涛教授、张前教授指导；理论计算部分由祝丽涵老师完成。该课题得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委和东北师范大学的经费支持。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Stereoconvergent Aminoboration of (Z/E)‑Mixed Alkenes via Bimetallic Asymmetric Relay Catalysis
Jianjun Yin, Xiuping Yuan, Simin Wang, Dazhen Shi, Shucheng Ma, Lihan Zhu, Xiaoyu Li, Qian Zhang, and Tao Xiong
J. Am. Chem. Soc., 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c06354
导师介绍
张前
https://www.x-mol.com/university/faculty/9478
课题组主页
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