近日，我校强制高潮
郑军课题组和美国匹兹堡大学的刘鹏课题组合作，在国际权威学术期刊Angew. Chem. Int. Ed.上发表题为“Catalyst-Controlled Chemodivergent Carbene Transfer Reactions with Bicyclo[1.1.0]butane-Derived Acceptor Metallocarbenes”的研究论文，发展了一种基于双环[1.1.0]丁烷（BCB）衍生物的受体型卡宾前体平台，实现了催化剂控制的化学发散合成新策略，为绿色、安全、原子经济的金属卡宾化学开辟了新路径。
图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
过渡金属催化的卡宾转移反应是有机合成中的重要工具，然而传统方法多依赖重氮化合物，这类试剂通常不稳定且存在安全风险。尽管已有多种替代策略被提出，但能够同时满足“氧化还原中性”与“高原子经济性”的通用平台仍较为匮乏。在本研究中，团队设计并开发了羧酰胺功能化的双环[1.1.0]丁烷（BCBs）作为受体型卡宾前体。这类化合物稳定性好、操作简便，在廉价金属镍或铜的催化下，可通过应变驱动的双C–C键断裂，区域选择性地生成受体型金属卡宾，从而提供了一条无需经由重氮化合物的金属卡宾生成新方法。
图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
研究团队发现，通过简单切换催化剂，可以精确控制反应路径，实现化学发散合成：镍催化实现了环丙烷化反应，构建含有多个连续立体中心的氮杂双环[n.1.0]骨架，产率高、对映选择性优异（dr > 19:1），底物适用范围广。铜催化实现了形式上的C(sp2)-H插入反应，生成烯丙基氧吲哚类化合物，具有高化学选择性和良好的官能团兼容性。两种反应均表现出100%的原子经济性，且无需额外氧化剂或还原剂，符合绿色化学原则。通过同位素标记、动力学同位素效应（KIE）、13C NMR分析及密度泛函理论（DFT）计算，团队揭示了两种催化体系的机理差异：镍催化体系通过分步的C-C键氧化加成/逆[2+2]环加成路径生成Ni-卡宾，反应速率决定步骤为逆环加成。铜催化体系采用协同的双C-C键断裂路径，生成高亲电性Cu-卡宾，随后发生亲电芳香取代反应，完成C-H插入。该方法的实用价值在多个合成转化中得到验证，成功构建了抗病毒活性分子（二氢喹啉酮）、镇痛药物前体（bicifadine）及天然生物碱前体（horsfiline）的核心结构，产物中的烯丙基、酰胺等基团可进一步功能化，展现出强大的后期修饰能力。
图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
综上，本研究不仅开发了一个安全、高效且原子经济的BCB衍生金属卡宾生成平台，还首次实现了基于该类型金属卡宾的C(sp²)–H插入反应，并借助催化剂控制实现了反应路径的精准切换。随着对丰产过渡金属（如Ni、Cu）在卡宾化学中应用的不断深入，该策略有望推动可持续、多样化的卡宾转移反应的发展，为绿色卡宾化学提供新思路。
强制高潮
博士研究生任昊松与匹兹堡大学博士后谢培培为本文的共同第一作者，我校郑军教授与匹兹堡大学刘鹏教授为本文通讯作者。该研究工作得到了国家高层次人才青年项目、国家自然科学基金项目、上海市科技创新计划项目等项目以及生物反应器工程全国重点实验室的资助。
原文链接：//doi.org/10.1002/anie.9286701
