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烯烴的復(fù)分解反應(yīng)，是指在金屬催化劑的作用下，兩個(gè)底物烯烴中由雙鍵連接的兩部分發(fā)生交換，生成了兩個(gè)新的烯烴的化學(xué)過(guò)程。自發(fā)現(xiàn)以來(lái)便在醫(yī)藥和聚合物工業(yè)中有著廣泛應(yīng)用。相對(duì)于其他反應(yīng)，該反應(yīng)副產(chǎn)物及廢物排放少，更加環(huán)保。

近些年來(lái)，含氟烯烴的復(fù)分解越來(lái)越受到科學(xué)家們的關(guān)注（Nature, 2017, 541, 380; Nat. Chem. 2022, 14, 463）。究其原因，主要有兩個(gè)：1）含氟化合物在醫(yī)藥、農(nóng)藥、材料領(lǐng)域中的至關(guān)重要地位已經(jīng)得到了證明，但是自然界中的含氟化合物極少，因此有機(jī)含氟小分子主要依靠人工合成；2）烯烴復(fù)分解自1967年被N. Calderon等人提出以來(lái)，在含氟烯烴尤其是三氟甲基烯烴的立體選擇性合成方面可見(jiàn)的報(bào)道很少，這主要是與催化劑的活性、三氟甲基較大的立體電子效應(yīng)有關(guān)。因此，如何突破烯烴復(fù)分解的合成邊界成為了一個(gè)非常重要的科學(xué)命題。

鑒于此，波士頓學(xué)院Hoveyda、匹大劉鵬、中國(guó)藥大劉慶賀團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種催化交叉復(fù)分解（CM），從氣體小分子出發(fā)，用于合成同時(shí)具有Cl和CF₃末端的三取代烯烴。該過(guò)程具有立體選擇性，這完全不同于現(xiàn)有的三取代烯烴作為起始材料時(shí)的立體保持策略。反應(yīng)由MAP催化劑催化，并且具有完全的Z-式選擇性。通過(guò)復(fù)分解-金屬偶聯(lián)串聯(lián)策略可將三取代烯烴的C–Cl鍵轉(zhuǎn)化為C–B、C–D及多種C–C鍵。研究中發(fā)現(xiàn)了一種新的Cl,CF₃-二取代烯基鉬化合物，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)和DFT計(jì)算等手段闡明了該物種的作用。 

為了解決金屬催化的烯烴復(fù)分解Cl,CF₃-三取代烯烴的立體選擇性合成問(wèn)題，研究者設(shè)計(jì)了圖1所示的催化循環(huán)策略。圖1-left描述了二氯三氟乙烯的stereoretentive策略，并且指出較高的反應(yīng)能壘是該策略最終被放棄的重要原因之一；圖1-middle展示了一氯二氟乙烯stereoselective策略的一種途徑，即從底物引發(fā)；圖1-right展示了一氯二氟乙烯stereoselective策略的另外一種途徑，即從一氯二氟乙烯引發(fā)。

圖1. 三氟甲基氯乙烯的催化循環(huán)策略

研究者通過(guò)圖2進(jìn)行了反應(yīng)條件的優(yōu)化。他們選擇了天然產(chǎn)物衍生物香茅醇芐基醚和三氟甲基氯乙烯作為模型底物，以探索該stereoselective催化策略的可能性。結(jié)果表明，當(dāng)使用三種不同的烯基釕作為催化劑時(shí)，只能觀察到小于10%的目標(biāo)產(chǎn)物生成。研究者繼續(xù)嘗試了Schrock鉬催化劑、以及bisaryloxide鉬催化劑，均沒(méi)有觀察到目標(biāo)產(chǎn)物的生成。但是，當(dāng)使用MAC (aryloxide chloride)催化劑的時(shí)候，研究者觀察到了25%產(chǎn)率的交叉復(fù)分解產(chǎn)物。使用MAP (aryloxide pyrolide)催化劑代替MAC催化劑后，交叉復(fù)分解產(chǎn)物的產(chǎn)率得到了進(jìn)一步的提升?？傮w來(lái)說(shuō)，圖2揭示了催化劑的種類在實(shí)現(xiàn)含氟烯烴復(fù)分解反應(yīng)的時(shí)候至關(guān)重要，并且實(shí)現(xiàn)了較高的立體選擇性控制。

圖2. 多種催化體系的嘗試

這項(xiàng)研究旨在建立三取代三氟烯烴的高效高立體選擇性合成策略。在圖3中，研究者展示了反應(yīng)產(chǎn)物的合成應(yīng)用。他們首先將交叉復(fù)分解與Suzuki coupling串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了C-Cl鍵向C-B的轉(zhuǎn)化；與Negishi coupling串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了C-Cl鍵向C-C鍵的轉(zhuǎn)化；與Stille coupling串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了alllylation和carbonylation；與微波反應(yīng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了C-Cl鍵向C-D的高效轉(zhuǎn)化。

圖3. CC與CM的串聯(lián)策略

接下來(lái)，研究人員對(duì)反應(yīng)中首次觀察到的Cl,CF₃-二取代烯基鉬物種進(jìn)行了深入的研究。首先，MAP催化劑與50當(dāng)量的三氟甲基乙烯反應(yīng)，原位產(chǎn)生的Cl,CF₃-二取代烯基鉬物種被加入的bipyridine捕獲。此外，通過(guò)將MAP催化劑與吡啶鹽反應(yīng)，生成相應(yīng)的MAC金屬絡(luò)合物，最后加入三氟甲基乙烯，以35%的收率分離得到氯離子配位的Cl,CF₃-二取代烯基鉬物種。他們通過(guò)核磁和元素分析等手段對(duì)捕獲的穩(wěn)定物種進(jìn)行了驗(yàn)證，證實(shí)了該類Cl,CF₃-二取代烯基鉬物種。

圖4. Cl,CF₃-二取代烯基鉬物種的發(fā)現(xiàn)與確證

本文揭示了一種用于合成Z式Cl,CF₃-三取代烯烴的交叉復(fù)分解策略，產(chǎn)物中的C-Cl鍵可以用于獲取更大范圍的立體特定的CF₃取代烯烴。令人意外的是，該反應(yīng)的效率和立體選擇性與立體結(jié)構(gòu)保持的烯烴復(fù)分解原理相悖，可以以較好的收率和較高的立體選擇性得到目標(biāo)分子。具體而言，1）鉬亞甲基可以與三取代烯烴快速反應(yīng)，從而避免了雙分子分解；2) 含有Cl,CF₃雙取代碳的非對(duì)映三取代mcb中間體之間存在的能量差異，足以實(shí)現(xiàn)完全的立體選擇性。機(jī)理研究給出了關(guān)于雙取代烯基金屬物種的性質(zhì)信息，這將為挑戰(zhàn)性的四取代烯烴復(fù)分解反應(yīng)的研究提供新的思路和啟發(fā)。