清华大学化学系刘强课题组在环丁烷立体选择性发散式电合成研究领域取得新进展

近日，清华大学化学系刘强教授课题组在有机电合成与催化还原化学研究领域取得重要进展。研究团队发展了一种电化学驱动的钴催化炔烃与环丁烯还原偶联新方法，实现了从相同起始原料出发，高效、高选择性地合成二取代环丁烷的非对映异构体，解决了环丁烷类化合物非对映选择性发散合成中长期存在的选择性控制难题。

环丁烷立体选择性发散式的挑战与电化学驱动钴催化策略设计

环丁烷结构广泛存在于多种天然产物与药物分子中，其相对构型（顺式cis或反式trans）对生物活性具有重要影响（图a）。然而，传统合成方法往往只能选择性地制备某一种立体异构体，难以实现从同一底物出发高效、可控地合成所有可能的异构体，开发通用性强的立体发散式合成策略仍极具挑战（图b）。

刘强教授课题组长期致力于丰产金属氢配位化学与催化研究。在该工作中，课题组创新性地利用电化学驱动，通过催化剂前体的阴极还原与质子化过程原位生成钴氢中间体，实现了炔烃与环丁烯的高效还原偶联。研究的关键突破在于发现质子源的立体与电子性质可有效调控反应的非对映选择性：使用六氟异丙醇可获得优异的反式（trans）选择性，而采用空间位阻较大的DABCO·(HBF₄)₂则可实现顺式（cis）选择性合成（图d）。深入的机理研究表明，反应遵循Co(II)-H逐步插入机理，其中炔烃插入Co-H键是反应的决速步。理论计算进一步揭示了质子源与钴中间体之间的氢键作用及位阻效应是实现非对映选择性调控的关键因素。

这一研究不仅为环丁烷的立体发散式合成提供了通用策略，也展示了有机电合成与钴催化还原体系相融合在解决合成难题中的强大潜力，为相关功能分子的精准高效合成提供了新思路。

研究成果以“电化学钴催化还原偶联制备二取代环丁烷的非对映异构结构”（Diastereodivergent construction of disubstituted cyclobutanes via electrochemical cobalt-catalysed reductive coupling）为题，于1月5日发表于《自然·合成》（Nature Synthesis）。

清华大学化学系教授刘强为论文通讯作者，化学系2021级博士杨洁为论文第一作者。研究得到国家自然科学基金和清华大学笃实专项的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s44160-025-00947-9

供稿：化学系

编辑：李华山

审核：郭玲