金属配合物催化剂通常由三个部分组成：配体、中心金属和抗衡离子。抗衡离子对许多催化反应的活性和选择性有着显著影响，但在碳锌化反应中却很少观察到这种现象。

2025年8月4日，南开大学朱守非在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Iron-catalyzed alkyne alkylzincation affected by counterions》的研究论文，Lu-Jie Li为论文第一作者，朱守非为论文通讯作者。

在本文中，作者发现当将弱配位的大位阻抗衡离子四（3, 5-三氟甲基苯基）硼酸盐（[BArF₄]^-）引入反应中时，铁催化的炔烃烷基锌化反应的催化效率显著提高。

这种方法制备的离子型铁催化剂在末端炔烃和内部炔烃的烷基锌化反应中均展现出卓越性能，其活性（转化数高达32900）、区域选择性（多数>95: 5）和立体选择性（多数>95: 5）俱佳。

值得注意的是，非活化末端和内部炔烃的甲基锌化反应也得以实现。此外，该方法还实现了多种生物活性分子及其关键中间体的高效合成。

机理研究表明，阳离子Fe(II)物种是催化活性物种，而弱配位的大位阻抗衡离子稳定了阳离子铁(II)烷基复合物，且不会与炔烃底物竞争。

图1：催化炔烃烷基锌化反应。铁催化的炔烃烷基锌化反应的研究背景和本研究的创新点。图中分为三个部分：(a) 之前报道的芳基炔烃的甲基锌化反应，仅在特定条件下实现，且产率有限；(b) 非活化末端炔烃和内部炔烃的甲基锌化反应尚未成功；(c) 本研究中通过引入弱配位的大位阻抗衡离子[BArF₄]^-，实现了铁催化的末端和内部炔烃的烷基锌化反应，为合成多取代烯烃提供了一种高效方法。

图2：反离子对铁催化的炔烃烷基锌化反应的影响。在不同催化剂和反应条件下，末端炔烃和内部炔烃的烷基锌化反应结果。实验表明，加入[BArF₄]^-后，反应效率显著提高，产率和选择性均大幅提升。图中对比了不同催化剂（如C1、C2、C3）和不同反应条件（如溶剂、温度）对反应的影响，结果表明[BArF₄]^-在所有反应中都发挥了关键作用。

图3：铁催化的末端炔烃甲基锌化反应的底物范围。铁催化的末端炔烃甲基锌化反应的底物范围。实验结果表明，该方法不仅适用于简单的烷基末端炔烃，还适用于含有不同官能团（如烷氧基、卤素、芳基等）的末端炔烃。此外，对于二级和三级烷基末端炔烃，该方法同样有效。图中详细列出了各种底物的反应结果，包括产率、区域选择性和立体选择性。

图4：铁催化的内部炔烃烷基锌化反应的底物范围。铁催化的内部炔烃烷基锌化反应的底物范围。实验结果表明，该方法对多种内部炔烃具有广泛的适用性，包括含有不同取代基（如芳基、烷基、杂芳基等）的内部炔烃。此外，对于含有不同官能团（如-F、-Cl、-Br、-CF₃等）的内部炔烃，该方法也能实现高效的烷基锌化反应，产率和选择性均较高。

图5：铁催化的内部炔烃烷基锌化反应的合成应用。铁催化的内部炔烃烷基锌化反应的合成应用。图中分为两部分：(a) 高转化数（TON）和克级反应实验，表明该方法具有大规模应用的潜力；(b) 通过内部炔烃的烷基锌化反应合成了一系列四取代烯烃，展示了该方法在合成复杂分子中的应用前景。

图6：铁催化的末端炔烃甲基锌化反应的合成应用。铁催化的末端炔烃甲基锌化反应的合成应用。图中分为三部分：(a) 合成了一系列具有工业价值的 E-烯烃，产率和选择性均较高；(b) 形式合成了一种天然产物naucleamides E的关键中间体，展示了该方法在天然产物合成中的应用；(c) 形式合成了(+)-cornexistin和mavacuran碱类化合物的关键中间体，进一步证明了该方法在复杂天然产物合成中的高效性。

图7：反应机理研究。铁催化的炔烃烷基锌化反应机理的研究。图中分为五部分：(a) 活性催化剂的制备；(b) 测试C1c的反应活性；(c) 合成Fe(II)-烷基复合物C4b；(d) 测试C4b的反应活性；(e) C4b和炔烃的计量反应。通过这些实验，作者提出了一个可能的催化循环，其中[BArF₄]^-稳定了活性Fe(II)-烷基复合物，促进了反应的进行。

图8：提出的机理。铁催化的炔烃烷基锌化反应的可能机理。图中分为两部分：(a) 提出了一个涉及Fe(II)的催化循环，包括催化剂前体的转化、活性物种的生成、炔烃的配位、迁移插入和转金属化等步骤；(b) 通过DFT计算验证了迁移插入步骤的合理性，并表明通过自旋跃迁可以降低该步骤的活化能。

综上，作者研究了铁催化的炔烃烷基锌化反应，发现引入弱配位的大位阻抗衡离子四（3, 5-三氟甲基苯基）硼酸根（[BArF₄]^-）可以显著提高反应的催化效率，实现了末端和内部炔烃的高效烷基锌化反应，展现出广泛的底物适用性、高区域选择性和立体选择性（多数>95: 5），并实现了高达32900的转化数。

这一成果不仅为合成多取代烯烃提供了一种高效、绿色的方法，还推动了铁催化反应的发展，为有机合成领域提供了新的思路和工具，尤其在生物活性分子及其关键中间体的合成中具有广阔的应用前景。

Iron-catalyzed alkyne alkylzincation affected by counterions. Nat. Commun., 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-62460-z.