手性分子的不同对映体与蛋白的结合能力常常存在显著差异，因此，高效合成手性分子的两种对映体对药物研发以及探索生命体的化学过程具有重要意义。与使用手性催化剂的两种构型获得两类产物对映体的传统方法相比，手性翻转催化极具吸引力：它可以仅使用单一构型的催化剂选择性地合成两种对映异构体产物。迄今报道的控制手性翻转催化的因素主要包括：金属离子、抗衡阴离子、溶剂、添加剂和反应时间等。但现有体系多基于分子间作用的面选择性识别机制，且对反应机理的研究和认识也较为有限。此外通过分子内的串联重排反应实现对映发散性合成仍未见报道。
围绕上述关键科学问题，我院刘小华教授和冯小明教授团队取得重要进展，利用手性双氮氧配体（冯氏配体）和廉价金属（铁和钴）为催化剂，成功开发出首例金属调控的分子内串联重排对映发散性合成策略，高效构建了一系列2H-azirines及其衍生物。通过简单的改变金属从钴到铁，无论在光照还是加热条件下，都能够表现出优异的手性翻转催化功能。其中钴催化的反应即使在万分之五的极低催化剂负载下也具有很高的催化效率。结合机理实验和密度泛函理论计算，揭示了钴和铁独特的电子性质调节了关键中间体的构像和二面角，从而实现了手性翻转。该研究展现了手性双氮氧/金属配合物在发散性合成中的巨大潜力，也为高张力氮杂环化合物的精准构筑开辟了新路径。
该研究以“Metal-Controlled Enantiodivergent Tandem Rearrangement to Synthesize 2H-Azirines”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上，四川大学为第一单位，我院2022级博士研究生杨振东（实验部分）和蒲茂坪博士（理论计算部分）为本文共同一作，冯小明教授、刘小华教授为共同通讯作者。该研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委、四川省自然科学基金的经费支持。
