中國科學院蘭州化學物理研究所鋯、鉿催化環丙胺類化合物開環硼氫化反應獲新進展
C-C鍵的斷裂和官能團化可快速構建功能分子骨架。然而，C-C鍵具有較高的熱力學穩定性和σ鍵軌道的定向性，如何高效、高選擇性的實現C-C鍵的斷裂和官能團化仍具有挑戰。C-C鍵是有機化合物中最基礎的化學鍵，在化合物中廣泛存在。因此，發展C-C鍵的斷裂和官能團化不僅具有重要的科學意義，還可為化學合成提供廣泛的物質基礎。近年來，一些過渡金屬催化C-C鍵的斷裂和官能團化方法逐漸見諸報道。然而，這些金屬催化劑大都依賴銠、鎳、鈀、鉑等后過渡貴金屬，使用地殼中含量豐富的前過渡金屬催化C-C鍵斷裂官能團化的研究卻鮮有報道。
中國科學院蘭州化學物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室吳立朋人才團隊一直致力于前過渡金屬鋯、鈦催化的烯烴、烷烴選擇性官能團化反應的研究。近日，該團隊與德國萊布尼茲催化研究所焦海軍教授、蘭州大學舒興中教授合作，研究了鋯催化的環丙胺類化合物C-C鍵斷裂硼氫化反應。該反應使用價格低廉的催化劑Cp2ZrCl2和堿K2CO3，成功實現了環丙胺類化合物C-C鍵斷裂硼氫化的催化反應，得到了一系列γ-硼化胺類化合物。該反應體系無需額外添加膦、氮配體，對各類官能團耐受度較高，同時具有較高的化學選擇性。除了鋯之外，同族的金屬元素鉿在該反應中也表現出類似的催化活性（圖1）。
圖1.鋯、鉿催化環丙胺類化合物開環硼氫化反應
該團隊通過對反應機理探究，認為反應中涉及N-ZrIV物種的形成，以及隨后β-碳消除的方式是實現C-C鍵斷裂的主要途徑（圖2）。
圖2.推測的反應機理
相關研究成果發表在《自然通訊》（Nat. Commun., 2024, 15, 1846）上。蘭州化物所2020級博士研究生李思達為論文第一作者，德國萊布尼茲催化研究所焦海軍教授和蘭州化物所吳立朋研究員為共同通訊作者。
該工作得到了國家自然科學基金、甘肅省自然科學基金重點項目、蘭州化物所十四五重點培育項目、低碳催化與二氧化碳利用重點實驗室自主部署項目和杭州師范大學“登峰工程”項目的支持。
來源：羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室
