近日，我所精细化工研究室仿生催化合成研究组（211 组）陈庆安研究员、刘恒副研究员团队，联合功能有机分子与材料研究组（210 组）胡向平研究员团队，在活化联烯环化研究领域取得新进展。研究团队构建了路易斯酸、溶剂与添加剂协同调控的膦催化反应体系，实现了联烯基亚磷酸酯的高选择性 [2+2]环化，为多取代环丁烯骨架的合成提供了新思路。
联烯具有累积双键结构，可通过取代基调控电子性质，同时兼具亲核、亲电双重反应特性。凭借独特的反应活性，联烯在环加成反应中优势显著，已广泛用于构筑含各类小环、中环骨架的天然产物。环丁烯骨架普遍存在于天然产物、生物活性代谢物、药物分子及有机染料中，其固有的环张力赋予其突出的反应活性，使其成为重要的合成中间体。因此，发展以联烯为原料直接制备环丁烯的合成方法，对构建兼具生物活性与工业价值的复杂功能分子具有重要意义。
目前，利用联烯环加成制备环丁烯的合成方法仍面临多重挑战，包括联烯区域选择性难以精准控制、产物非对映选择性较差、环内双键引发的环张力难以克服等。为突破上述局限、丰富环丁烯化合物的结构多样性，研究团队通过调控膦催化体系，实现了多取代环丁烯的高选择性构建。
在本工作中，基于陈庆安团队在烯烃选择性二聚方面的前期研究（Nature Chem.，2022；Nature Catal.，2022；Angew. Chem. Int. Ed.，2022；Nature Commun.，2023；Angew. Chem. Int. Ed.，2024；Angew. Chem. Int. Ed.，2025；Angew. Chem. Int. Ed.，2025；Nature Commun.，2025；J. Am. Chem. Soc.，2025；Nature Commun.，2026；Angew. Chem. Int. Ed.，2026），团队以三甲基膦为路易斯碱催化剂，在环醚类溶剂中实现了联烯基亚磷酸酯的不对称 [2+2] 环化转化。研究发现，向反应体系中加入催化量路易斯酸，可提升产物非对映选择性；添加硅烷添加剂，可改善反应的化学选择性与催化活性。结合实验表征与理论计算，团队阐明了关键反应机理：膦催化剂亲核进攻联烯生成的两性离子是核心中间体，该中间体带有离域负电荷，可促使联烯发生去质子化；硅烷一方面阻断质子转移路径，抑制联烯异构化副反应，另一方面减缓膦催化剂氧化失活，以此提升整体反应效率。此外，团队利用所得环丁烯产物开展了系列衍生转化，包括强碱介导的 Horner–Wadsworth–Emmons 反应、烯丙基化反应，以及碳碳双键的烯烃复分解、环丙烷化、氢化反应，证实了该类产物作为合成中间体的应用潜力。该策略突破了传统联烯环加成制备环丁烯方法的固有局限，拓展了环丁烯衍生物的结构多样性，为含环丁烯骨架的复杂有机分子合成提供了新路径。
相关研究成果以“Phosphine-Catalyzed Unsymmetric [2+2] Annulation of Allenyl Phosphonates for Highly Substituted Cyclobutenes”为题，发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的第一作者是我所211组博士研究生孙韶含，上述研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。（文/图 孙韶含、刘恒）
