化学生物学和药物开发对新分子合成的需求不断增长，迫切需要开发新的合成方法，以便从简单的原料快速构建杂环化合物。特别是，利用伯胺或水作为简单的氮源或氧源来构建杂环骨架，在原子经济性和步骤经济性方面具有重要意义。然而，利用伯胺合成氮杂环的反应通常局限于传统的两组分反应，而水作为氧源合成氧杂环的应用仍较为罕见。

图1双核铑-钯催化的[1+1+3]环加成反应

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王晓明课题组致力于多金属物种参与的反应体系的研究，包括通过双金属接力/协同催化实现挑战性的转化过程、仿酶的双多核金属催化和金属物种的现场簇集和其催化性能等。近年来，王晓明课题组采用配体修饰的双核铑催化和双金属共催化的方式，发展了一系列新颖的重氮化合物的双官能团化反应(J. Am. Chem. Soc.2021,143,11799-11810;ACS Cent. Sci. 2022,8,581-589;Angew. Chem.Int. Ed. 2023,e202307973;JACS Au 2023,3,2862-2872;J. Am. Chem. Soc. 2024,146,4727-4740)。近日，该课题组采用双核铑和钯催化剂双金属接力催化重氮、烯丙基二乙酸酯、胺或水的三组份反应，实现了[1 + 1 + 3]环加成过程高效构建五元杂环化合物(J. Am. Chem. Soc.,2025,10.1021/jacs.4c15161)。

该方法可以在一锅反应中快速构建多个化学键，从而直接合成具有重要价值的四氢吡咯和四氢呋喃衍生物。通过合成应用研究，他们展示了具有多功能基团的杂环产物可以作为若干重要生物活性分子的关键合成前体。初步的机理研究表明，该反应是通过双金属接力催化实现的，即双核铑催化重氮卡宾插入和钯催化双烯丙基取代的接力过程。

该工作得到科技部、国家自然科学基金委、上海有机所以及金属有机化学国家重点实验室的大力资助。