碳碳键的生成与裂解是碳基生命的重要基础，其相对稳定性和反应性保证了碳基生命的多样性，也影响了物质科学、生命科学、材料科学等领域的基础研究方向。相对于碳碳键生成反应的广泛研究，碳碳键的选择性裂解是挑战性的科学问题。近年来，以极性碳碳键或张力碳环与低价过渡金属氧化加成、叔氧基过渡金属中间体的β-碳消除、催化脱羧等为代表的碳碳键选择性裂解和转化得到了重要发展，并由此诞生了诸多新反应。尽管如此，目前对于绝大多数非极性、非张力碳碳键的选择性裂解仍然束手无策。

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Diels-Alder（DA）反应及其逆反应（Retro-Diels-Alder）是重要和基础的碳碳键生成与裂解方法，对其研究伴随着现代化学的发展而不断深入：1928年Diels和Alder报道了之后以他们名字命名的Diels-Alder反应（获1950年诺贝尔化学奖），随后Woodward和Hoffmann等人以此为基础发展了可以解释反应性和选择性的Woodward–Hoffmann规则（获1981年诺贝尔化学奖），上世纪八九十年代出现的金属杂DA反应（Cr、Pd、Rh卡宾等的Metalla-Diels-Alder反应）更是拓展了DA反应的研究范围。基于Diels-Alder反应的可逆性以及过渡金属催化在现代有机合成中的重要性，设计研究金属杂六元环的Retro-Metalla-Diels-Alder反应将有望发展新的基元反应，从而为惰性碳碳键的裂解发展新的催化模式。然而，由于碳金属中间体丰富的反应性（如还原消除、β-氢消除、交叉偶联等），该方面的研究充满了挑战，迄今未被实现。

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(Retro-) Diels-Alder反应研究进展

近日，西北大学关正辉教授课题组在对烯烃羰基化活性催化剂的深入研究基础上，设计并实现了第一例金属杂六元环的Retro-Metalla-Diels-Alder反应。该反应以β,γ-烯基酮为底物，以酰基肼为环化辅助剂，在钯催化下通过Retro-Pallada-Diels-Alder的反应过程，实现了羰基β位碳（烷基）-碳（烯基）σ键的高选择性裂解。其中四价钯中间体的生成和钯氢催化剂的循环是该反应的关键。实验研究结合密度泛函理论计算表明，反应历经钯氢物种对烯基的插入、氧化环化产生四价钯环、Retro-Pd(IV)-Diels-Alder开环裂解碳碳σ键等步骤；同时产生的烯基偶氮中间体在钯氢催化剂下通过还原水解等过程，最终获得β位烯基被裁剪的酮类产物。

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Retro-Pallada-Diels-Alder反应及机理（图片均由西北大学提供）

该项研究首次从实验上证实了金属杂逆DA反应的存在，并从理论上阐明了反应的机理，从而取得了DA/Retro-DA反应研究领域的重要突破。同时，该研究也为惰性碳碳键的选择性裂解发展了全新的策略，有望应用于复杂有机分子的裁剪和编辑。研究成果以“C(alkyl)–C(vinyl) bond cleavage enabled by Retro-Pallada-Diels-Alder reaction”为题在线发表于《自然-通讯》杂志。

论文相关信息：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38067-7