烯烃自由基离子的转化是一类由烯烃合成有价值的化合物的强大而有效的途径，这类高活性中间体兼具自由基的活性与离子的性质，因而有着独特的化学反应性。在过去的几十年里，化学家们对烯烃自由基阳离子的合成化学已经进行了广泛的研究，然而，烯烃自由基阴离子的合成应用相对较少（图1a），主要是因为富电子的烯烃被单电子氧化较为容易，而对烯烃的普适可控的单电子还原却较难实现。烯烃自由基阴离子的生成通常需要使用强还原的催化体系，然而这些体系往往难以避免过度还原。为了解决这些问题，亟需开发一种新的催化体系来实现烯烃的可控单电子还原。

近期一系列研究表明可见光氧化还原催化是实现烯烃的单电子还原的有力工具（ACS Catal. 2021 11, 5472, Nat. Catal. 2021, 4, 304; Nat. Catal. 2023, 6, 959; Eur. J. Org. Chem. 2021, 773; J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 25098.），但这些反应中，大多需要使用当量的还原牺牲剂，使得对自由基阴离子的化学选择性和立体选择性的精准控制极具挑战性。基于长期以来在光催化和铜催化方面的工作基础，华中师范大学肖文精/陈加荣团队报道了有机光氧化还原催化和不对称铜催化相结合的策略，实现了烯烃自由基阴离子的可控生成，并以双重活性中间体的正交模式实现了几类烯烃的对映选择性氰基官能化反应（图1）。

图1：反应设计

作者使用对苯基苯乙烯1a作为模型底物，水作为质子源，TMSCN做亲核试剂进行了详细的条件筛选，发现在以DMA作溶剂、噻吩-2-甲酸铜以及双噁唑啉配体L1做为手性催化剂、酚噻嗪类光催化剂、390 nm的光照射下反应5 h能够最佳以95%核磁收率，92%的ee获得目标产物4a。控制实验表明：铜催化剂、光催化剂以及光照对反应都是必需的（图2）。

图2：条件优化

在确定最佳反应条件后，作者对底物范围进行了考察，如图3所示，通过运用不同的光催化剂，芳基烯烃芳环上各种给电子取代与吸电子取代基，以及连有各种复杂结构的底物均能实现相应转化。当反应扩大到7.0 mmol时，产率和ee值都能够得到保持。随后，作者将亲电试剂由水更换为氘水以及5 atm二氧化碳，成功实现了烯烃的不对称氘氰化与羧基氰基化反应，并对底物进行拓展，同样展现出广泛的底物适用范围，为氘代化合物的合成以及二氧化碳的转化提供了新的途径。

图3：底物拓展

为了考察该反应的实用性，作者对产物进行了合成转化，合成了一系列手性的非甾体抗炎药，同时氘氰化产物也能够转化为相应氘代药物（图4）。

图4：产物合成转化

为了阐明反应机理，作者进行了机理研究（图5）。首先，利用碘甲烷代替水做亲电试剂，可以得到少量甲基氰基化产物，说明反应可能涉及自由基阴离子中间体。在不加入CuTc/L1的条件下，使用甲醇或水做亲核试剂，可以得到相应甲醇化或水化产物，可能是由苄基自由基被氧化态光催化剂氧化为苄位碳正离子后的产物，这表明光催化剂与烯烃之间存在着直接作用。自由基捕获以及自由基钟实验也验证了反应涉及到了自由基中间体。在与蒋敏教授的合作下，利用EPR技术对反应中可能涉及到的中间体进行研究，实验表明激发态光催化剂与烯烃发生单电子转移并产生了烯烃自由基阴离子。取代基电性效应Hammett研究结果表明，吸电子基取代的底物（即缺电子烯烃）反应速率远高于给电子基底物，这进一步佐证反应是单电子还原的过程。在与张之涵教授的合作下，作者对于对映选择性苄位C−CN键的形成进行了DFT计算（图6b）。计算表明，在还原消除过程中，空间位阻效应导致过渡态TS_RE-S能量比TS_RE-R能量低2.0 kcal/mol，从而实现产物高对映体选择性的精准控制。最后，根据机理研究和相关文献，作者提出了如图6a所示的可能反应途径。

图5：机理研究

图6：可能的反应机理