上交大/上海有机所，Nature Chemistry！

米测MeLab

2025-06-19

研究背景

羰基化合物是有机合成中极为重要的功能基团，因其广泛存在于天然产物、药物分子及材料合成中，被广泛应用于医药化学、材料科学等领域。与传统的羰基转化方法相比，实现羰基C=O键的断裂并将其片段高效整合入目标分子，能够极大提升反应的原子经济性和分子复杂性。然而，由于羰基的共振稳定性及化学惰性，尤其是含氮羰基化合物如甲酰胺，实现C=O键断裂并同时引入氧和氨甲基片段，仍然面临巨大挑战，这限制了相关转化方法的开发和应用。

为了解决这一问题，中科院上海有机所王晓明/薛小松团队和上海交通大学丁奎岭教授团队合作在“Nature Chemistry”期刊上发表了题为“Oxygen transposition of formamide to α-aminoketone moiety in a carbene-initiated domino reaction”的最新论文。该团队设计并构建了基于双铑/Xantphos或双铑–钯双催化体系的三组分反应，实现了重氮化合物、烯丙基底物与二甲基甲酰胺（DMF）在单锅条件下的高效转化。利用该催化体系，成功实现了卡宾碳插入羰基C=O键以及亚氨甲基片段的重组迁移，构建出结构复杂且功能多样的α-氨基酮及环戊烯酮衍生物。该方法通过巧妙设计的多步串联反应过程，包括环氧化、类对转式重排、烯丙基烷基化、Claisen重排、异构化和Nazarov环化等关键步骤，显著提高了反应的原子利用率和分子复杂度。

这一创新性的催化策略不仅突破了传统羰基转化的瓶颈，拓展了含氮羰基化合物的功能化转化路径，还为合成多功能复杂胺类和环状化合物提供了高效便捷的新途径。研究成果显示，该反应体系具有良好的底物适应性和高度的结构重组能力，为未来逆合成设计和复杂分子快速构建提供了重要理论依据和技术支持。

研究亮点

（1）实验首次开发了双铑/Xantphos或双铑–钯双催化的三组分反应，利用α-重氮羰基化合物、烯丙基底物和二甲基甲酰胺（DMF）实现了甲酰胺C=O键的断裂及结构重组，成功合成了多种结构复杂的α-氨基酮和环戊烯酮衍生物。

（2）实验通过以下几个方面实现突破：

• 利用金属卡宾中间体与DMF的反应，首次实现了卡宾碳插入羰基C=O键的过程，并将甲酰胺中的氧原子和亚氨甲基片段分别引入产物中，完成了高效的官能团转移；

• 设计了包含环氧化、类对转式重排、烯丙基烷基化、Claisen重排、异构化及Nazarov环化等多步串联反应步骤，实现了从简单底物到高功能化复杂分子的快速构建；

• 该催化体系对多种底物展现出良好的适应性，能够高效合成不同取代基和结构的α-氨基酮及环戊烯酮，展现出广泛的应用潜力；

• 机制研究明确了反应的多步路径及关键中间体，为理解和进一步开发相关反应提供了理论基础；

图文解读

图1：研究背景与反应构想。

图2：α-氨基酮类衍生物的合成。

图3：环戊烯酮类衍生物的合成。

图4：产物的转化反应。

图5：反应机制研究。

图6：可能的反应路径。

结论展望

本文通过创新性的双铑/Xantphos或双铑–钯双催化体系，成功实现了二甲基甲酰胺中羰基C=O键的断裂及氧、亚氨甲基片段的高效转移，开辟了酰胺官能团深度重组的新途径。该研究不仅突破了传统上酰胺惰性难以活化的瓶颈，还首次将金属卡宾插入羰基C=O键并诱导复杂多步串联反应，有效构建了结构复杂的α-氨基酮和环戊烯酮衍生物。通过精妙的反应设计，结合环氧化、重排、烷基化等多重机理，展现了单锅多步高效构建复杂分子的强大潜力。这不仅丰富了重氮化合物和酰胺在有机合成中的应用范畴，也为合成复杂含氮官能团提供了新思路。更重要的是，本文揭示了酰胺C=O键断裂与骨架重组之间的内在联系，为开发更多高原子经济、功能多样化的催化反应奠定了坚实基础，对未来多组分串联反应及新型功能分子设计具有重要指导意义。

原文详情：

Luo, Y., Huang, G., Ding, K. et al. Oxygen transposition of formamide to α-aminoketone moiety in a carbene-initiated domino reaction. Nat. Chem. (2025). 

https://doi.org/10.1038/s41557-025-01834-8