中國科學院上海有機化學研究所研究員劉國生團隊通過發(fā)展金屬催化的自由基接力新策略，成功實現(xiàn)了銅催化芐位碳氫鍵的不對稱氰化反應，以最短的路線合成了手性腈類化合物。這一研究成果于9月2日發(fā)表在國際學術雜志《科學》上（Science, 2016, 353, 1014）。
碳氫鍵活化是有機化學中的圣杯，通過烷/芳烴的碳氫鍵直接官能化是合成有機化合物最為直接高效的新方法；但是在反應活性和選擇性等方面存在諸多問題，尤其是在碳氫鍵不對稱催化領域面臨巨大的挑戰(zhàn)，因此需要發(fā)展新的概念、新策略來實現(xiàn)碳氫鍵的高效轉化。目前該領域的研究主要是圍繞過渡金屬活化碳氫鍵的策略展開的，通過定位基團的輔助可以實現(xiàn)碳氫鍵的不對稱官能化；但是該策略對于普通（無定位基團）芳/烷烴而言，碳氫鍵活化及其不對稱催化一直沒有得到解決。相對而言，受酶化學的啟發(fā)而發(fā)展的自由基策略是普通烷烴碳氫鍵官能化的一種非常有效的途徑；但是反應所涉及的碳自由基中間體具有很高的活性，導致反應的選擇性控制非常困難，基于該策略來發(fā)展碳氫鍵不對稱官能化鮮見報道。
上海有機所劉國生團隊近年來致力于自由基化學的選擇性控制方面的研究，他們提出將反應中的碳自由基中間體轉化為金屬有機物種來實現(xiàn)選擇性控制的策略，借此來解決烷烴的C-H鍵直接不對稱直接官能化的難點問題。通過發(fā)展金屬催化/自由基接力的新策略，利用原位形成的高活性的自由基來攫取芐位的氫，在溫和條件下生成的芐位自由基，再與手性噁唑啉/銅氰絡合物迅速地、高立體選擇性地結合形成高活性的有機金屬銅中間體，通過金屬中心高立體選擇性的還原消除，實現(xiàn)了碳自由基的不對稱控制，成功地發(fā)展了芐位碳氫鍵的不對稱氰化反應，無需鄰位定位基團的參與就可以實現(xiàn)從芐位碳氫鍵到手性芳基乙腈的直接高效的轉化。
劉國生團隊發(fā)展的方法具有廣譜的官能團兼容性，出色的化學、區(qū)域和立體選擇性，以最短的路線高效地制備了各種光學純腈類化合物。最后通過與美國威斯康辛大學麥迪遜分校教授Stahl合作，闡述了碳自由基與手性銅氰絡合物的對映體選擇性的C-CN成鍵過程。
在上述研究中，所發(fā)展的新策略充分結合了自由基化學的高活性和金屬催化的高選擇性，成功地解決了無輔助配位條件下烷烴碳氫鍵的不對稱氰化反應。該研究不僅為不對稱自由基反應的研究提供了新的反應模式，而且為后期進一步研究烷烴的不對稱官能化反應提供了新思路。
該研究工作得到國家自然科學委杰出青年基金（21225210）和重點項目（21532009）、中科院、科技部和上海市科委的支持。
銅催化芐位碳氫鍵的不對稱氰化反應
