基于稀有金屬的催化劑發展相對成熟，在工業上廣泛應用，但面臨金屬資源枯竭、生物毒性大、成本高等問題。鐵是地殼中含量最高的過渡金屬，具有很好的生物兼容性，因此發展鐵催化劑具有重要的科學價值和現實意義。然而由于鐵催化劑自旋態豐富多變，其研究充滿挑戰。
近日，南開大學化學學院、有機新物質創造前沿科學中心朱守非教授團隊在鐵催化有機合成研究中取得新進展，在《自然催化》（Nature Catalysis）上發表題為“通過親電性反轉實現的鐵催化聯烯加成反應（Iron-catalyzed addition to allenes via electrophilicity reversal）”的最新研究成果。該成果實現了一例鐵催化聯烯烯基鋅化反應，得到區域選擇性異常的產物。
鐵催化聯烯區域選擇性異常的烯基鋅化反應
由于聯烯中間碳原子s軌道的成分更多，更容易被親核試劑進攻，因此聯烯與金屬有機試劑反應時，親核基團（有機基團）通常加成于更缺電子的中間碳原子上，而鐵催化劑則通過自旋離域的方式活化聯烯并逆轉其親電選擇性。該反應具有廣泛的底物適用性，適用于各種單取代和二取代聯烯以及多種取代的烯基鋅試劑，能夠耐受氰基、酰胺、酯基、羰基、縮醛、亞砜、磺酰基、羥基等官能團，而且容易放大，為其它方法難以合成的1,4-二烯基鋅試劑和官能團化1,4-二烯化合物提供了有效的合成方法。該研究拓展了鐵催化反應類型，深化了開殼層催化劑自旋效應的理解，為1,4-二烯類化合物的合成提供了有效方法。
朱守非團隊長期致力于鐵催化有機合成研究，發展了系列基于鄰菲羅啉和環丙烷骨架的配體及其鐵配合物催化劑，實現了不飽和烴的氫元素化和碳鋅化以及碳碳偶聯反應，發現了鐵催化劑在這些反應中表現出的不可替代性與催化劑自旋態密切相關，進而提出“自旋響應催化”概念，以期將電子自旋發展成催化反應調控的新維度（Natl. Sci. Rev. 2024, 11, nwad324; J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 5051; 2022, 144, 515; 2020, 142, 16894; 2019, 141, 4579; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202402044; 2023, 62, e202315473; 2022, 61, e202208473; Nat. Commun. 2018, 9, 221）。
朱守非教授為該論文通訊作者。南開大學化學學院博士研究生陳俊佳為該論文第一作者。該研究工作獲得國家自然科學基金和國家重點研發計劃資助。