NHC/路易斯酸协同催化[3+3]成环反应的机理与立体选择性起源研究

来自国内的研究人员通过密度泛函理论计算，深入揭示了NHC与路易斯酸（LiCl）协同催化2-溴烯醛与β-氧代二硫酯的[3+3]成环反应机制。研究发现该反应经历Breslow中间体形成、C–Br键断裂、α-质子化等多步关键过程，并通过非共价相互作用网络实现立体选择性控制。LiCl添加剂通过增强非共价相互作用及降低过渡态极性，显著提高立体选择性和反应效率，为手性环状化合物合成提供了新策略。

　　

通过密度泛函理论（DFT, Density Functional Theory）计算，研究人员对N-杂环卡宾（NHC, N-Heterocyclic Carbene）与路易斯酸协同催化的[3+3]成环反应（annulation reaction）机制进行了分子层面的深入解析。该反应以2-溴烯醛（2-bromoenals）和β-氧代二硫酯（β-oxodithioester）为底物，经历多个关键步骤：Breslow中间体的形成、碳–溴（C–Br）键的断裂、α-质子化生成α,β-不饱和酰基唑盐（α,β-unsaturated acylazolium）、酰基唑盐与LiCl配位的β-氧代二硫酯发生Si面选择性加成、分子内质子转移以及催化剂再生。

立体选择性控制的关键步骤——碳–碳（C–C）键形成过程——通过协同效应显著增强了面选择性。非共价相互作用（NCI, Noncovalent Interaction）及原子级分子（AIM, Atoms-in-Molecules）分析表明，氢键网络、孤对电子–π（LP···π）相互作用以及氧–硫（O···S）相互作用优先稳定了RS构型异构体。值得注意的是，LiCl在该催化体系中扮演双重角色：（1）通过在C–C键形成阶段促进多种非共价相互作用来放大立体控制效果；（2）通过溶剂–溶质相互作用降低过渡态极性，从而显著降低反应能垒。该研究深化了对路易斯酸添加剂如何调控NHC催化中电子和空间环境的理解，为立体可控的成环反应提供了重要理论依据。