董广彬博士, 芝加哥大学教授。2003年在杨震教授和陈家华教授的指导下获得北京大学的学士学位，2009年在斯坦福大学Barry M. Trost教授课题组获得博士学位。2009-2011年在加州理工学院E. J. Corey课题组从事博士后研究工作，2011-2016年在美国德州大学奥斯汀分校担任助理教授，2016年至今在美国芝加哥大学担任教授。入围2020年度美国布拉瓦尼克国家青年科学家奖。董广彬教授致力于有机合成、催化、金属有机和药物化学领域，他将这些研究融合起来并与细胞生物学，动物药理学领域合作，确定从分子水平去了解小分子药剂在癌症治疗中的机理。
刘鹏，本科毕业于北京大学，硕士毕业于加拿大圭尔夫大学，博士毕业于UCLA，现为匹兹堡大学副教授。刘鹏课题组使用计算工具来研究有机和有机金属反应。研究反应的发生方式，控制速率和选择性的因素，并提供理论见解，以帮助开发改进催化剂和试剂。
据小编不完全统计，董广彬教授和刘鹏教授已经合作发表了三篇正刊（2篇Nature, 1篇Science），今日，他们的合作成果再次登上《Nature》。
最新Nature：通过 SNV 反应对有机硼化合物进行立体特异性亚烯基同系化
协同亲核取代，称为 SN2 反应，是合成中用于引入新官能团并构建碳-碳和碳-杂原子键的基本有机转化。SN2 反应通常涉及亲核试剂对 C(sp3)−X 键（X= 卤素或其他离去基团）的 σ* 轨道的背面攻击，导致立体中心 完全反转。相反，相应的立体反转亲核取代关于电子无偏 sp2 乙烯基亲电子试剂的反应，即协同 SNV(σ) 反应，要少得多，到目前为止，仅限于精心设计的底物，主要是在成环过程中。
在这里，美国芝加哥大学董广彬教授联合匹兹堡大学刘鹏教授表明，金属化配合物中提出的应变释放机制可以加速协同的 SNV 反应，从而导致不同有机硼酸酯的通用和立体特异性亚烯基同系物的发展。该方法能够迭代并入多个亚烯基单元，从而产生以其他方式难以制备的交叉共轭多烯。作者还证明了其在含有多取代烯烃的生物活性化合物的合成中的进一步应用。计算研究表明，方形平面过渡态中空间应变的减少促进了一种不寻常的类似 SN2 的协同途径，这解释了这种金属化物 SNV 反应的高效率和立体反转特征。相关成果以“Stereospecific alkenylidene homologation of organoboronates by SNV reaction”为题发表在《Nature》上，第一作者为南开大学校友Miao Chen。
与涉及 sp3 杂化碳的正常 SN2 过程相比，协同 SNV 反应面临重大挑战（图 1a 和 b）。首先，由于 C(sp2) 比 C(sp3) 更具电负性，C(sp2)−X 键的极性较小，导致其 σ* 轨道的波瓣更小，减少了 SN2 过渡态的轨道重叠。此外，sp2 碳在协同 SNV 反应的过渡态变形比烷基卤化物更严重。所得的方形平面状过渡态不利，且与 sp2 亲电子试剂的共面攻击会产生不希望的排斥。最后，卤代烯的LUMO是π轨道，可能与σ轨道竞争反应。
尽管挑战重重，但已报道了一些协同 SNV 反应的例子，大多数是成环过程中的精心设计底物，存在由ipso金属化烯基卤化物介导的罕见SNV例子（图1c）。例如，1967 年，Zweifel 和 Arzoumanian 发现炔基溴硼氢化反应产生的 1-溴-乙烯基硼烷中间体在用碱处理后会发生 1,2-烷基金属酸酯重排，后来 Brown 和同事将其扩展到硼酸酯底物。Hiyama 在 2001 年报道了 1-锂-1-溴烯烃直接插入二硼/硅-硼元素间底物，尽管这种转化尚未用反应性较低的有机硼酸盐实现。类似转变也在 Zr、Zn 和其他金属化物中观察到。这些金属化物 SNV 反应的范围有限，可能是由于对其机制了解甚少。基于此，作者希望通过金属化物 SNV 反应实现亚烯基同系化，绕过传统烯烃合成逻辑，提供一种可编程和立体选择性的方法来获得多取代烯烃和交叉共轭多烯。
图1：协同的SNV反应
反应发现和机理研究
在尝试使用亚烯基化合物作为 Matteson 型反应中的偶联配偶体时，作者得到了意外的结果。顺式苯基取代的溴乙烯锂化试剂几乎没有与芳基硼酸酯产生同系物，而空间位阻更大的反式亚烯基在相同条件下却成功反应。这违反直觉的结果通过结合显式溶剂中的分子动力学模拟和密度泛函理论计算得到了解释，显示了一个协同途径的 1,2-迁移状态。进一步的计算表明，E-和Z-立体异构体之间的反应性差异源于空间应变和π/π相互作用。作者还成功优化了亚烯基同系化过程，得到高收率的立体反转产物。这些结果强调了硼基顺式烯基取代基在促进反应中的重要作用。
图2：反应发现和机理研究
底物范围研究
在操作简便的方案下，作者首先探索了各种不对称亚烯基试剂的范围（图 3）。E 和 Z 异构体的 2,2-二取代乙烯基溴 (2b-2d) 都可以进行 α-去质子化和同系化，提供高产率且具有单一几何异构体的烯基硼酸酯，支持协同的 SNV 途径，并表明不需要的金属辅助异构化和 α-消除速度较慢。结构上通用的对称亚烯基试剂也能平稳反应，得到所需产物 (3f-1)，Tgly 和 Neop 硼酸酯效果良好。
图3：立体特异性亚烯基同系化的亚烯基范围
该反应还展示了广泛的硼酸盐范围（图 4）。各种电子特性的芳基硼酸酯均能良好转化，适用于多种官能团如叔胺 (4o)、酯 (4q)、噻吩 (4s)、呋喃 (4t)、烯烃 (4v) 和炔烃 (4aa)。具有不同取代基的芳基也表现出优异产率，包括大体积的邻异丙基苯基 (4ag) 和异丙叉基 (4al)。此外，烯基和伯、仲烷基硼酸酯，包括不同环大小的环状硼酸酯，也能顺利同系化，且其他官能团如烷基溴 (5e)、叠氮化物 (5f) 和末端烯烃 (5g) 保持完整。
图4：亚烯基同系物的硼酸酯范围
合成应用
亚烯基插入的高效率促使我们探索迭代同系化来制备交叉共轭多烯（图 5）。以 4-氟苯基新硼酸酯 (1a-Neop) 为起始原料，通过一锅法双同系化得到二烯硼酸酯 6a，收率达 85%。进一步迭代同系化成功合成了三烯 (6b)、四烯 (6c) 和五烯 (6d)，这些四取代烯烃具有高度立体特异性。此外，迭代合并不同亚烯基结构单元，以可编程方式构建了多种结构不同的交叉共轭多烯（6e-6g）和立体控制的交叉共轭二烯（6h-6k），未观察到烯烃异构化。
多取代烯烃广泛存在于生物活性分子和药物中。该亚烯基同系化序列与原位 Suzuki 偶联提供了一种模块化、快速和立体特异性的方法制备多取代烯烃。例如，从偕二溴烯烃 2m 和硼酸酯 7a 开始，通过 Pd 催化的 Suzuki 偶联和 SNAr 反应，三步合成了目标化合物 (10)，是脂肪酸酰胺水解酶 (HAAH) 抑制剂的关键中间体。此外，该方法简化了 δ 阿片受体激动剂和化疗药物 Bexarotene 的合成，仅需两步即可高效制备其他药物如 GSK232802 和他莫昔芬，展示了“一锅法亚烯基同系化 - Suzuki”方法的多功能性和效率。
图5：迭代亚烯基同系化
小结
总之，作者提出了一种通用、高效且立体特异性的亚烯基同系化方法，该方法利用独特的应变释放增强金属化物 SNV 机制实现。该反应能够耐受各种官能团及底物的空间和电子变化，具有出色的立体专一性，适合模块化构建复杂生物活性化合物中的四取代烯烃，这类烯烃的有效制备通常并不简单。迭代亚烯基同系化提供了一条获得完全取代交叉共轭多烯的途径，这些多烯是有趣但难以获得的结构基序。通过计算研究获得的机理见解，有望增进对 SNV 反应的理解，并进一步推动有用同系化方法的发展。