金属氢化物介导的自由基反应为烯烃的高选择性氢官能化提供了切实可行的方法，加成反应符合马氏规则。烷基自由基中间体或其等价物可与多种原子或基团反应，包括加成、交叉偶联反应等。自由基形成后发生氧化可以产生相应的亲电中间体，该中间体可被氧和氮亲核试剂捕获产生环状或非环状醚、内酯和饱和氮杂环产物。与相应的酸催化反应相比，自由基极性交叉反应可以显著扩大自由基氢官能化的适用范围并提供更好的化学选择性。虽然其确切的机理尚不清楚，但普遍认为碳正离子就是亲电中间体，由此使得碳-杂键的形成可以很大程度上脱离催化剂的控制。

近日，美国加州大学尔湾分校的Sergey V. Pronin教授团队报道了一种钴催化烯丙醇的催化自由基交叉反应，可实现由三级烯丙醇向环氧化物或半频哪醇重排产物的高效转化。该自由基-极性交叉过程受催化剂的控制，机理研究表明烷基钴配合物作为亲电中间体参与反应。相关工作发表在J. Am. Chem. Soc. 上。

图1. 钴催化烯丙醇的催化自由基交叉反应。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

三级烯丙醇双键质子化可在羟基β 位上产生碳正离子或其它亲电性物种，进而发生环氧化和半频哪醇重排等反应。作者在条件筛选中发现，烯丙醇1在甲基苯基硅烷和N-氟吡啶鎓氧化剂3的存在下，可通过钴配合物4催化生成以环氧化物2a为主的混合产物（Table 1，entry 1），salen配体的结构同样会影响反应的效率，降低反应温度能够进一步提高2a的产率至84%。使用催化剂8时产物比例发生逆转，优先形成半频哪醇重排产物2b（entry 4）。1,1,3,3-四甲基二硅氧烷（TMDS）可替代甲基苯基硅烷，但需要增加反应时间（entry 13-14）。

图2. 反应条件的优化。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

该自由基-极性交叉反应可实现各种二烷基（乙烯基）甲醇的选择性转化，形成相应的环氧化物和酮。在催化剂4的存在下，各种1-乙烯基环己-1-醇和一系列4-取代的衍生物能够以温和的产率转化为环氧化物。而催化剂8能够使底物转化为相应的环庚酮，且以顺式产物为主。环戊醇和环庚醇衍生物则不形成相应的环氧化物，仅以良好的收率分离到扩环产物23b-25b。值得一提的是，无环烯丙基醇也是合适的底物。

图3. 底物适用范围的考察。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

作者发现催化剂的结构对4-取代环己醇衍生物的半频哪醇重排的立体化学具有显著影响。催化剂7的使用可导致醇30转化为等量非对映体11b和11c的混合物，这与催化剂8催化高非对映选择性形成酮11b形成鲜明对比。

图4. 催化剂的结构对产物立体化学的影响。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

作者提出了该反应可能的机理。他们认为在催化剂8的存在下环扩展主要通过相应的自由基中间体发生直接氧化进行，但不能排除烷基钴配合物的参与。类似地，在催化剂4和7存在下，烷基钴参与反应的途径可能因底物而异，现有的数据无法排除烷基自由基参与反应。

图5. 可能的反应机理。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

——总结——

Sergey V. Pronin教授报道了钴催化三级烯丙基醇的自由基-极性交叉氢官能化反应，由此选择性地得到相应的环氧化物或半频哪醇重排的产物。三级烯丙醇直接转化为相应的环氧化物尚属首例报道。反应中烷基钴配合物作为亲电中间体，有望用于发展其他类型底物的自由基-极性交叉反应。烷基钴中间体在亲核取代过程中发生立体反转，基于这一特性，人们可利用相应的手性物种发展不对称催化反应。