三取代烯烃作为许多天然产物、药物和有机材料中的关键结构单元，一直备受科学家的关注。这类烯烃的立体构型和取代模式直接影响其在化学反应中的表现，因此开发能够有效、选择性地合成区域和立体定义明确的三取代烯烃的方法至关重要。传统上，合成三取代烯烃的策略面临选择性差的挑战，尤其是在通过双取代烯烃的异构化合成(Z)-三取代烯烃时，（图1a）往往只能得到(E)-异构体或E/Z混合物，导致该类化合物的高效合成困难重重。目前已有的催化剂大多为过渡金属催化剂（如钯、钴、钌等），虽然这些催化剂在某些区域和立体选择性反应中取得了一定的成功，但大多数情况下只能得到热力学上更稳定的(E)-烯烃，且(Z)-选择性异构化仍属少见。因此，科学家一直在探索新的催化剂体系，尤其是稀土金属催化剂在该领域的应用。该研究团队此前曾成功展示了半夹心型稀土催化剂在立体特异性C-H键活化中的潜力，这为开发新型催化剂提供了启发。本次研究中，作者采用了半夹心型钪催化剂，结合大位阻的喹啉衍生物，首次实现了1,1-双取代烯烃到(Z)-三取代烯烃的高效异构化反应，突破了选择性上的瓶颈，为有机合成提供了新的思路。（图1c）
图片来源：JACS
本研究通过钪催化剂的设计，发展了1,1-双取代烯烃向(Z)-三取代烯烃异构化的新策略，以实现高区域和立体选择性。这一过程的核心是通过对烯烃的C-H键进行特异性的活化，并结合2-叔丁基喹啉作为辅助配体，以促进氢的迁移和双键的重排。研究人员选择了半夹心型钪催化剂，结合体积较大的喹啉衍生物，旨在利用其空间位阻效应，控制反应的区域选择性和立体选择性。在实验过程中，研究者通过氘标记实验和密度泛函理论（DFT）计算，揭示了2-叔丁基喹啉不仅能够促进碳碳双键的迁移，还能通过氢的迁移调控立体化学选择性。实验表明，在钪催化剂和喹啉配体的共同作用下，能够成功地将双取代烯烃异构化为(Z)-三取代烯烃，且该方法在广泛的底物范围内具有较好的适用性。
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本研究通过对钪催化体系的创新设计，为1,1-双取代烯烃向(Z)-三取代烯烃的选择性异构化提供了一条高效、原子经济的路线。该反应不仅在化学转化过程中实现了100%的原子利用率，还通过合理设计的催化剂体系，解决了传统烯烃异构化反应中区域和立体选择性差的难题。
此外，本研究首次展示了稀土金属钪在此类反应中的独特优势，填补了钪催化在有机化学领域应用的空白，尤其是在立体特异性C-H键活化和烯烃异构化中的应用。这一突破不仅为合成复杂三取代烯烃开辟了新的可能性，还为天然产物和药物分子结构的修饰提供了新的策略，具有广泛的应用前景。
标题：(Z)-Selective Isomerization of 1,1-Disubstituted Alkenes by Scandium-Catalyzed Allylic C–H Activation
作者：Shao-Jie Lou, ⊥ PanWang ,⊥ Xin Wen ,⊥ Aniket Mishra ,⊥ Xuefeng Cong , Qingdeb Zhuo , Kun An, Masayoshi Nishiura , Yi Luo ,* and Zhaomin Hou*
链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c06899
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