铁催化下全烯烃合成Z-烯烃的先进技术！

【研究背景】

三取代烯烃是生物活性分子的关键组成部分，因其在合成不对称烯烃中的重要性而成为研究热点。然而，目前生成热力学上不太稳定的Z-异构体的方法仍然缺乏，特别是在全碳三取代烯烃的合成中，由于更大的空间位阻和Z-与E-异构体之间较小的能量差，这一问题尤为突出。

为了解决这一挑战，新加坡国立大学许民瑜教授团队以及香港中文大学章兴龙教授合作提出了一种铁催化的多组分策略，将全烯烃、双烷基锌化合物和卤烷结合，成功合成了具有优异区域选择性和Z-选择性的三取代烯烃。该方法不仅克服了传统方法的局限，还通过选择性引入多样的C(sp³)基团，拓宽了功能化不饱和产物的合成库。

此外，研究还揭示了该反应的机理，强调了动力学控制路径的重要性，提供了对全烯烃及其他π体系转化的新见解。通过合成葡萄糖基神经酰胺合成酶抑制剂，进一步展示了该方法的合成实用性。因此，这项研究为药物发现和复杂分子合成提供了新的工具和理论基础。

【表征解读】

本文通过多种表征手段揭示了三取代Z-烯烃的合成机制，尤其是使用了核磁共振（NMR）、气相色谱-质谱联用（GC-MS）和红外光谱（IR）等仪器。这些方法有效地确认了产物的结构和纯度，从而揭示了在铁催化下全烯烃的独特反应途径。通过这些表征手段，作者观察到了烷基铁中间体的形成及其与卤烷的偶联反应，进一步探讨了这一过程中自由基介导的烷基铁化现象。

针对全烯烃双烷基化反应中Z-和E-异构体生成的现象，作者通过机理研究和计算化学模拟，深入分析了反应过程中各个中间体的稳定性和反应活性。尤其是在动力学控制下，Z-异构体的选择性形成得到了充分的理论支持，揭示了反应条件如何影响立体化学结果。作者的研究显示，通过调控反应温度和催化剂的配体，能够有效提高Z-异构体的产率，挖掘出潜在的应用价值。

在此基础上，作者利用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）对反应体系的微观结构进行观察，发现了催化剂粒子的分散性和形态特征。这些表征手段帮助作者理解了催化剂在反应中的作用机制，尤其是在不同反应条件下其催化活性和选择性的变化。结果表明，优化的催化剂设计能够显著提升反应效率，为合成多样化的功能化不饱和产物提供了新的思路。

总之，经过综合的表征分析，作者深入探讨了全烯烃的双烷基化反应机制，进而制备出新型全碳三取代Z-烯烃。这一新材料的合成不仅推动了烯烃化学的发展，还为药物合成及其他应用领域的研究提供了重要基础。

【图文解读】

图1. 三取代Z-烯烃合成的挑战和策略。

图2. 铁催化的1,2-双烷基化中烯烃的适用范围。

图3. 铁催化的1,2-双烷基化中电亲体和核亲体的适用范围及其合成实用性。

图4. 机理和计算研究。

【科学启迪】

本文的研究揭示了铁催化的多组分反应在合成三取代Z-烯烃中的潜力，提供了对这一领域的新见解。通过结合全烯烃、双烷基锌化合物和卤烷，研究者们成功实现了在区域选择性和Z-选择性方面的精确控制，这对于构建生物活性分子及功能化不饱和产物至关重要。尤其是，该方法克服了传统反应中存在的多步序列和苛刻条件的限制，使得合成过程更加高效简便。此外，机理研究表明，自由基介导的烷基铁化与后续的C–C偶联反应为Z-烯烃的选择性合成提供了新的途径，这一发现为进一步优化和扩展相关反应提供了基础。

参考文献：Tan, TD., Tee, K.Z., Luo, X. et al. Kinetically controlled Z-alkene synthesis using iron-catalysed allene dialkylation. Nat. Synth (2024). https://doi.org/10.1038/s44160-024-00658-7