低价金属催化不饱和烃的氧化环化过程是金属有机化学中重要的基元反应。在无需预先官能团化和制备当量的高活性有机金属试剂的条件下，直接高效地实现手性碳碳键的构建。虽然近些年来金属催化不饱和烃通过氧化环化的不对称偶联反应有很大发展，尤其是镍催化的不对称还原偶联反应，但该类反应仍存在很大局限性；能够实现的不对称转化主要局限在炔烃与极化不饱和键参与的反应。此外，该类反应也往往局限于单一反应模式，反应过程中产生的钴杂环中间体通过质子化或还原消除生成产物，但是很难通过配体调控，同时实现多种转化模式。而发展利用丰产金属钴催化，通过手性配体的调控金属中心的自旋态，结合张力活化的非极化环丁烯与炔烃，实现路径多样性地构建手性烯基环丁烷以及四并四高张力环系是非常必要的。

中国科学院上海有机化学研究所金属有机化学国家重点实验室的孟繁柯课题组一直致力于钴催化的不对称反应的研究。在前期的研究中，孟繁柯课题组发展了一系列钴催化新型不对称反应（Angew. Chem. Int. Ed.2019,58,11049 –11053；Angew. Chem. Int. Ed.2021,60,2694–2698；J. Am. Chem. Soc.2021,143,12755–12765;J. Am. Chem. Soc. 2022,144,5233–5240;Angew. Chem. Int. Ed. 2022,61,e202205624;J. Am. Chem. Soc. 2023,145,3588–3598；Angew. Chem. Int. Ed. 2023,62,e202219257；Nat. Commun.2023,14,4825；Nat. Commun.2024,15,3427；Angew. Chem. Int. Ed.2024,63,e202405290；J. Am. Chem. Soc. 2024,146,23476–23486；Angew. Chem. Int. Ed. 2025,64,e202413313;Angew. Chem. Int. Ed. 2025,64,e202416524）。近期，该课题组在探索炔烃与环丁烯的不对称偶联反应过程中，利用手性双膦配体，精确地调控了钴中心的自旋态，从而控制氧化环化过程的化学、区域和立体选择性，实现了两种不同路径的反应，构建了一系列手性烯基环丁烷和四并四高张力并环化合物，取得了新的研究进展。（Nat. Commun.2025,16,5995）

孟繁柯课题组发现，利用原位产生一价钴物种，通过具有富电子的手性双膦配体，使得钴中心更倾向于低自旋态，促进环丁烯和炔烃可以通过化学、区域和立体选择性的氧化环化过程，产生的钴杂环中间体中碳钴键被立体选择性地质子化，实现不对称还原偶联反应；当使用缺电子具有二茂铁骨架双膦配体，钴中心倾向于高自旋态，使得钴杂环中间体还原消除过程能垒更低，同时精准控制了反应过程中的立体选择性。通过与华中师范大学的张之涵研究员合作，通过DFT计算对机理进行研究，提出了配体调控钴中心自旋态的不同导致反应路径的多样性的概念，解释了立体选择性高效控制的原因。产物经过进一步转化，合成一系列其它方法很难得到的多官能团化的手性砌块。

此项工作由上海有机所与四川师范大学联合培养硕士生张吉武、上海有机所硕士生仵梦共同完成。华中师范大学张之涵研究员，上海有机所崇庆雷副研究员，孟繁柯研究员为通讯作者。该研究得到科技部、国家自然科学基金委、上海市科委、中国科学院、上海有机所和金属有机化学国家重点实验室的大力资助。

图. 钴催化炔烃与环丁烯路径多样性的化学、区域、非对映和对映选择性的不对称偶联反应