化學系劉強課題組在不對稱氫化研究領域取得突破
清華新聞網9月28日電 近日，清華大學化學系劉強教授課題組在不對稱氫化研究領域取得重要突破。研究團隊通過設計并合成一類具有多重金屬-配體協同作用的新型鉗形鈷催化劑，成功實現了多取代聯烯的位點與立體選擇性發散式半氫化反應，解決了該領域長期存在的選擇性控制難題。
多取代聯烯位點與立體選擇性發散式半氫化：存在的挑戰及催化劑設計
催化氫化反應是有機合成與化工生產中的關鍵步驟，對眾多化學品的制備具有重要意義。自威爾金森催化劑問世以來，一系列結構明確的過渡金屬催化劑被相繼開發，廣泛應用于各類不飽和化合物的高效氫化。盡管該領域已有百余年發展歷程，多取代聯烯的選擇性氫化仍面臨巨大挑戰，其關鍵難點在于需要同時精準調控反應的化學、位點及立體選擇性（圖a）。在此基礎上進一步實現聯烯的位點與立體選擇性發散式半氫化，更具挑戰性。
劉強課題組長期致力于豐產金屬氫中間體的反應性調控研究，發展高效豐產金屬氫催化體系。近年來，他們開發了一類具有動態配位功能的鉗形鈷氫催化劑，在烯烴和炔烴的氫化及異構化反應中表現出優異的活性和立體選擇性。鉗形鈷催化劑結構精細可調，為應對聯烯發散式半氫化的選擇性調控難題提供了潛在可能。然而，在官能團化烯烴的氫化反應中，現有體系仍存在配位點不足的問題（圖b）。
受極性不飽和鍵氫化反應中金屬-配體協同策略的啟發，研究團隊設計了一類具有多重協同作用的新型鉗形鈷催化劑，突破了傳統體系的局限（圖c）。一方面，在配體骨架引入氫鍵供體，通過氫鍵作用錨定底物極性官能團，增強底物配位活化能力，同時保留氫氣活化位點；另一方面，引入堿性雜環配位基團，促使低價鈷實現對氫氣的異裂活化，將反應過程解耦為負氫轉移與質子轉移兩個獨立步驟，從而分步調控反應的位點與立體選擇性。基于該催化體系，研究團隊成功實現了多取代聯烯的高效、高選擇性發散式半氫化，以優異的化學、區域和立體選擇性合成了全部半氫化產物。深入的機理研究揭示了一類獨特的氧化還原中性Co（I）反應機制（圖d）。
該研究不僅攻克了多取代聯烯選擇性氫化這一長期難題，也為解決過渡金屬催化中配位點不足的問題提供了創新思路，推動了相關領域的進一步發展。
研究成果以“由多種金屬配體協同功能實現的可調鈷催化烯的加氫”（Tunable cobalt-catalysed hydrogenation of allenes enabled by multiple metal-ligand cooperative functionalities）為題，于9月26日發表于《自然·化學》（Nature Chemistry）。
清華大學化學系教授劉強為論文通訊作者，化學系2020級博士生榮先樂為論文第一作者。合作團隊包括復旦大學麻生明院士、山西大學講師衛智虹及南方科技大學陶麗芝副教授課題組。研究得到國家自然科學基金和清華大學“篤實”計劃的資助。
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