近日，我校化学与化工学院多相催化团队在单原子催化烯烃的双官能化研究方向取得进展，相关成果发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。我校为论文第一单位，化学与化工学院葛亮教授、陈建国、薛在斌为论文共同第一作者，刘明凯教授、曾杰教授为共同通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省杰出青年科学基金等项目的支持。

有机叠氮化物和腈类化合物是药物分子、农药及功能材料中的重要结构单元。然而，如何通过烯烃的双官能化反应实现这类化合物的高效与模块化合成，同时兼顾催化剂的可回收性，仍是合成化学领域关注的问题。传统均相催化体系通常具有较高的反应效率，但催化剂回收利用较为困难；相比之下，尽管多相催化体系在分离与回收方面具有优势，但利用同一催化剂平台实现多种反应模式的烯烃的双官能化转化的研究仍有待进一步拓展。

（催化剂结构表征）

（烯烃叠氮化反应的底物范围）

（烯烃氰化反应的底物范围）

（反应机理研究）

（克级放大与产物衍生化反应）

针对上述问题，曾杰教授团队开发了一种碗状碳负载的单原子铜催化剂（Cu–N₄/BSC）。该催化剂通过模板辅助配位吸附–碳化策略构筑，使铜原子以单原子形式锚定于碳载体表面，形成高度均一的 Cu–N₄配位结构。通过调控反应条件，同一催化剂体系可实现五种不同类型的烯烃的双官能化反应，包括双叠氮化、胺-叠氮化、三氟甲基-叠氮化、三氟甲基-氰化以及胺-氰化反应。该催化体系适用于较为广泛的底物范围（共58个实例），最高产率可达93%，并在环状烯烃反应中表现出较高的非对映选择性（dr > 15:1）。

系统的机理研究表明，催化剂（Cu–N₄/BSC）通过单电子转移过程活化高价碘试剂，生成自由基物种并加成至烯烃形成新的碳自由基中间体，随后经基团转移或碳正离子途径转化为目标产物。该催化体系在放大条件下仍保持稳定性能：在 5 mmol 规模反应中，双叠氮化和三氟甲基-叠氮化反应分别以92%和85%的收率获得1.12 g和1.15 g目标产物。催化剂经简单离心分离后可循环使用7次，活性保持93%。此外，所得产物中的叠氮基和氰基可进一步转化为胺、三氮唑、羧酸及酰胺等多种官能团。本研究首次实现了同一单原子催化剂催化烯烃的五种双官能化反应，为高效、可持续的含氮化合物合成开辟了新的路径。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c21242?fig=fig1&ref=pdf

（撰稿：刘明凯 葛亮 审核：韩新亚 黄宇弦 张苒 黄敏）