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现存问题
烯烃和胺的偶联催化转化具有广泛的应用价值，目前常用的技术方案为过渡金属和光氧化还原催化(图1A)，已取得了长足的进步，如：烯烃氢氨基羰基化（包括末端和多取代烯烃与胺原料的直接羰基化偶联反应）方法是一种100%原子经济的合成酰胺的方法，但氢氨基羰基化反应在烯烃和胺的范围内都是有限的，且需要在高温高压下使用贵金属催化剂进行。烷基胺的路易斯碱度在目前的方法中尤其成问题，因为金属催化剂中毒和必要的催化中间体(金属氢化物)的抑制。在温和的条件下，利用地球上丰富的金属将胺与各种烯烃有效偶联，开发氢氨基羰基化反应仍然是催化领域的主要挑战。
解决思路
20世纪30年代，Roelen发现了以Co2(CO)8为催化剂的氢甲酰化(氧)反应，在与H2反应后原位生成HCo(CO)4。而三羰基物质HCo(CO)3的生成对于烯烃配位十分重要，而紫外线光就可以促进配体解离生成HCo(CO)3。研究小组也使用未修饰的Co2(CO)8作为预催化剂也成功实现了光促进氨基羰基化。基于此，北卡罗来纳大学教堂山分校Erik J. Alexanian团队研究发现：当用390 nm紫色LED照射时，只需要1.0 mol %的未经修饰的Co2(CO)8催化剂和低CO压力即可实现高效的氢氨基羰基化(图1B)，且反应仅使用当量的烯烃和烷基胺偶联伙伴，不需要额外的试剂，选择性和原子经济性均达到100%。此外，该工艺还可以在添加有机硅烷还原剂的情况下实现烯烃氢胺甲基化(图1C)。相关结果以《Cobalt-catalyzed synthesis of amides from alkenes and amines promoted by light》为题发表在Science上。 研究首先对反应底物的适用范围进行了探索（图2）。结果发现末端烯烃（如丙烯（1-8）、环和非环1,1-和1,2-二取代烯烃(9-13)、三取代烯烃和四取代烯烃（如β-香樟醇、1-甲基环己烯和四甲基乙烯，14-16）等均是良好的偶联配体，得到良好到优异的酰胺收率。在多种不饱和天然反应物中（如1,1-二取代烯烃、胆固醇和奎宁，17-23）也展现出优异的反应性和选择性，此外，各种伯、仲、无环胺都能与乙烯基环己烷高效反应，具有很高的区域选择性(24-34)。因此Co2(CO)8催化的氢氨基羰基化反应与复杂烯烃（含有未保护极性官能团的分子）的相容性较高，且该催化体系具有通过功能化甚至是最具挑战性的烯烃来提供酰胺的特殊能力。
合成烷基胺是氢氨基羰基化反应后续有意义的反应，但通常也依赖于贵金属催化剂和在高压合成气。标准的催化氢胺甲基化反应由于烯烃或必要的醛中间体可能发生氢化反应，存在化学选择性问题，以及醛缩副产物的形成。而我们研究发现，在氢氨基羰基化完成后，简单地将PhSiH3添加到反应混合物中，就能得到所需的烷基胺，总体收率很高(图3)。该方法用Co作为催化剂可以很容易地获得仲胺和叔胺，避免了化学选择性问题。使用分离的酰胺进行的对照实验表明，CO气氛和390 nm LDE都提高了酰胺还原的效率。此外，以工业辛烯的生产的底物（四种辛烯同分异构体组成的等量反应混合物）探索该方法的实用性。以与1-辛烯反应相似的产率和选择性产生酰胺2，证明了氢氨基羰基化的高度区域收敛性质(图4A)，支持了氢氨基羰基化的可扩展性(图4B)。
[CO(CO)3]的质子化在低反应压力下优于CO配位，有利于形成对路易斯碱胺稳定的氢化钴，并有利于烯烃配位。这种配位随后是氢钴化，导致区域异构的烷基钴中间体能够通过顺序的β-氢化物消除和重新插入过程异构化，有利于具有无环底物的末端烷基钴。随后发生CO配体的迁移插入，形成酰基钴三羰基。然后，胺亲核试剂配位到金属中心，随后协同加成和/或还原消除生成酰胺产物[Co(Co)3]-，最后该产物经过质子交换再生HCo(Co)3。
总结
研究提出的未经修饰的Co2(CO)8的光温和催化模式使烯烃的一般氢氨基羰基化成为可能，具有100%原子经济的优势。且适用于从丙烯到复杂生物碱天然产物的烯烃的转化，以及从氨到药物化合物的胺的转化，具有多功能性，预计这种方法将在制备与医学相关的、功能化的小分子到工业规模的化学生产等背景下具有广泛应用前景。https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk2312Mason S. Faculak et al. Cobalt-catalyzed synthesis of amides from alkenes and amines promoted by light. Science (2023). DOI：10.1126/science.adk2312
