南开大学叶萌春教授课题组综述：桥联双金属锚定催化用于C-H和C-C键活化
C–H和C–C键广泛存在于有机分子中，因此，发展高效的C–H和C–C键转化方法，将为复杂分子的构建提供一类无需预官能化、原子和步骤经济性的合成路径。然而，相较于C–O、C–N和C–X键，C–H和C–C键的键能较高，且分子中通常存在多个空间位阻和电性相似的键，因而反应的活性和选择性一直是个非常大的挑战。
为了解决这些挑战，各种催化策略被开发报道。其中，导向基团策略是目前最为主流的方法。导向基的引入不仅大大提高了反应的活性，而且有效控制了反应的位点选择性。然而，导向基团的使用也存在一定的局限性，因为特定的导向基团的引入和脱除往往需要额外的合成步骤，既导致低的反应原子经济性，又明显降低了反应的步骤经济性。因此，亟需开发新的催化策略，以实现无需导向基团的分子间C–H和C–C键活化官能化反应。
在自然界中，酶通过将金属催化剂和底物锚定在一个蛋白质口袋中，从而实现高效、高选择性的催化反应。受此启发，引入催化剂和底物预先可逆锚定作用，进而实现高效协同催化的锚定催化策略受到日益广泛的重视。在该策略中，双功能的催化剂通过可逆相互作用与底物结合，可以将底物拉近至催化中心附近来提高反应活性，并利用过渡态的环张力实现对反应位点选择性的有效控制。同时，催化剂与底物之间的锚定作用可逆，官能化反应结束后催化剂可以顺利和产物解离，并进入下一次的催化反应。因此，相对于传统的导向基策略，锚定催化策略不仅具备了导向作用，而且可以实现催化循环，从而具有更好的原子和步骤经济性。
催化剂与底物之间可逆相互作用通常包括可逆共价键、氢键、配位键、离子对和偶极相互作用等等。由于配位键相互作用可以较好兼容C–H和C–C键活化所需的较为苛刻的反应条件，以及兼容更多的底物和反应类型，因而配位锚定催化在惰性键的活化中受到了更多的关注。其中，基于配位作用的桥联双金属催化（bimetallic anchoring catalysis, BAC）是目前研究最为广泛的一类，取得了相对较大的进展。在该催化剂中，两个金属各自分工，协同作用，从而实现惰性化学键的高效催化：一个金属锚定底物，另一个金属催化惰性键的活化。
图1 导向基策略、锚定催化和配位锚定催化
近日，南开大学化学学院叶萌春教授在SCIENCE CHINA Chemistry上发表了题为“Bimetallic anchoring catalysis for C–H and C–C activation”的综述，总结了桥联双金属锚定催化在C–H和C–C键活化方面的研究进展。
本综述根据两个金属之间连接基团的不同，将桥联双金属锚定催化剂分为金属桥联、阴离子桥联和配体桥联三类，从底物类型、官能化试剂类型、反应的位点选择性和反应的对映选择性控制等方面进行了归纳和总结。
其中，第一代金属桥联的体系报道较少，受限的桥联金属类型使得反应的位点和立体选择性控制困难。第二代阴离子桥联的体系扩大了双金属的选择范围，但由于可用于桥联的阴离子较少，该类体系的报道同样较少。最新一代的双功能配体桥联的体系，可以通过配体的修饰，方便地调节两个金属周围的空间位阻和金属中心的电性，从而可以实现对反应的活性、位点选择性和立体选择性的有效控制，成为C-H和C-C键活化反应的高效催化策略。
详见： Jiang-Fei Li, Yu-Xin Luan, Mengchun Ye. Bimetallic anchoring catalysis for C–H and C–Cactivation. Sci. China Chem., 2021, doi: 10.1007/s11426-021-1068-2. 本文将收录在"2021 Emerging Investigator Issue"中，敬请关注。
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