催化卡宾类型的反应是有机合成的一个重要部分，这个领域一直由过渡金属催化主导，有机分子难以催化卡宾的生成以及后续转化，这主要是由于有机分子与卡宾生成共价键导致催化剂以及中间体失活。如果有机催化剂能够解决金属卡宾的局限性，进而实现金属卡宾途径完成不了的一些反应，这将推动卡宾化学的发展。

山东大学王瑶教授课题组近期把硫键弱作用催化引入卡宾化学领域，硫键催化剂与环丙烯之间的Se‧‧‧π弱作用实现了环丙烯开环，进而生成烯丙基卡宾，硫键与卡宾中间体的相互作用介导了化学选择性，从而实现了Buchner类型的芳基酮扩环反应，构筑了环戊烯酮并七元碳环这一天然产物中广泛存在的分子骨架（图1）。与硫键催化相比，代表性过渡金属催化剂以及加热途径得到的是呋喃产物，均不能实现芳基酮的扩环反应，这项研究工作解决了金属卡宾途径遇到的反应性问题，拓展了弱相互作用催化的范畴。

这项研究工作主要实现了两方面突破。首先，环丙烯的开环需要越过大约35 kcal/mol的能垒，通常需要在高于150度的条件下或者在金属催化剂作用下才能发生开环反应。这项研究证明Se‧‧‧π弱作用即可使环丙烯开环。此外，Buchner类型的扩环反应也需要在过渡金属特别是铑催化剂作用下才能发生，作者研究发现硫键弱作用可以在经典的金属卡宾主导的反应领域发挥作用，并实现过渡金属无法催化的扩环反应。，这个扩环反应底物范围广泛，多种取代基均能够与反应体系兼容，得到环戊烯酮并七元碳环产物（图2）。

机理研究表明，催化剂与环丙烯之间的Se‧‧‧π作用促进了环丙烯的开环。PCH6催化剂单晶结构表明该催化剂可形成分子内Se‧‧‧π作用，这种催化剂自身的Se‧‧‧π作用会抑制催化剂与环丙烯底物之间的作用，从而在一定程度上使催化剂失活。受机理研究结果启发，作者发展了一个更高效的催化剂PCH13，即在催化剂PCH6的亚甲基上引入位阻基团，进而通过抑制分子内的Se‧‧‧π作用来提高催化和环丙烯底物的作用效率，单晶结构证实催化剂PCH13没有分子内Se‧‧‧π作用，实验结果也证明抑制分子内的Se‧‧‧π作用可以提高催化剂活性（图3）。

反应结果和对照实验表明，PCH催化剂和环丙烯之间的Se‧‧‧π 弱作用可以促进环丙烯开环。如图4所示，无论这种Se‧‧‧π相互作用是在COM1还是COM2中，一旦存在Se‧‧‧π 相互作用就会促进环丙烯发生开环反应得到卡宾物种，PCH催化剂与卡宾作用稳定了活性中间体，进而实现了卡宾和苯环之间发生环丙烷反应得到中间体INT3。值得注意的是，如果没有Se‧‧‧O作用稳定中间体 INT1''，将发生分子内环化得到呋喃产物。最后，中间体INT3发生 6π 电环化反应得到环戊烯酮并环庚三烯产物。

王瑶教授团队的这项研究工作成功将硫键催化引入卡宾化学领域，实现了弱相互作用下环丙烯开环生成卡宾以及芳基酮扩环反应，进而解决了金属卡宾以及自由卡宾途径的反应性问题，为催化卡宾类型的反应提供了一种新方法，拓展了弱相互作用催化的边界。

Chalcogen Bonding Catalysis Enables Ring-Opening of Cyclopropene and Ring Expansion of Aryl Ketones

Haofu Zhu, Xiaomei Yang, Yi Liu, Hang Zhou, Prof. Dr. Yao Wang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202423746