C-C键的断裂和官能团化可快速构建功能分子骨架。然而，C-C键具有较高的热力学稳定性和 键轨道的定向性，如何高效、高选择性的实现C-C键的断裂和官能团化仍具有挑战。C-C键是有机化合物中最基础的化学键，在化合物中广泛存在。因此，发展C-C键的断裂和官能团化不仅具有重要的科学意义，还可为化学合成提供广泛的物质基础。近年来，一些过渡金属催化C-C键的断裂和官能团化方法逐渐见诸报道。然而，这些金属催化剂大都依赖铑、镍、钯、铂等后过渡贵金属，使用地壳中含量丰富的前过渡金属催化C-C键断裂官能团化的研究却鲜有报道。
中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室吴立朋人才团队一直致力于前过渡金属锆、钛催化的烯烃、烷烃选择性官能团化反应的研究。近日，该团队与德国莱布尼兹催化研究所焦海军教授、兰州大学舒兴中教授合作，研究了锆催化的环丙胺类化合物C-C键断裂硼氢化反应。该反应使用价格低廉的催化剂Cp2ZrCl2和碱K2CO3，成功实现了环丙胺类化合物C-C键断裂硼氢化的催化反应，得到了一系列 -硼化胺类化合物。该反应体系无需额外添加膦、氮配体，对各类官能团耐受度较高，同时具有较高的化学选择性。除了锆之外，同族的金属元素铪在该反应中也表现出类似的催化活性（图1）。
图1.锆、铪催化环丙胺类化合物开环硼氢化反应
该团队通过对反应机理探究，认为反应中涉及N-ZrIV物种的形成，以及随后 -碳消除的方式是实现C-C键断裂的主要途径（图2）。
图2.推测的反应机理
相关研究成果发表在《自然通讯》（Nat. Commun., 2024, 15, 1846）上。兰州化物所2020级博士研究生李思达为论文第一作者，德国莱布尼兹催化研究所焦海军教授和兰州化物所吴立朋研究员为共同通讯作者。
该工作得到了国家自然科学基金、甘肃省自然科学基金重点项目、兰州化物所十四五重点培育项目、低碳催化与二氧化碳利用重点实验室自主部署项目和杭州师范大学“登峰工程”项目的支持。
