《Coordination Chemistry Reviews》：The rise of halogen bonding in (stereo)selective supramolecular catalysis
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本综述系统阐述了卤素键（XB）从超分子化学概念发展为高效催化工具的演进历程，重点归纳了XB在底物活化（如C=O、C=N键）、卤素提取及催化剂构筑中的三大功能，通过Diels-Alder、Mannich等代表性反应案例，揭示了其方向性、可调控性及在立体选择性合成中的独特优势，为开发新型（立体）选择性催化策略提供了新范式。
卤素键的物理化学特征及其在催化中的相关性
卤素键（XB）是一种与氢键具有显著相似性的超分子相互作用，其本质是卤素原子上电正性区域（σ-空穴）与亲核位点之间的吸引力。XB的强度随卤素原子尺寸（I > Br > Cl > F）和取代基吸电子能力的增强而增大，并具有高度方向性（G–X···Y角度接近180°）。这些特性使其能够精确地空间组织底物或过渡态，从而增强催化选择性，并因其疏水特性而在非极性环境中表现优异。
卤素键在催化中的应用：底物活化
C=N、C=O、C=S和P=O基团的活化
XB通过作用于这些极性π系统的杂原子孤对电子，诱导π系统极化，增强相连碳原子的亲电性，其活化模式与经典路易斯酸催化类似。
C=N键的转移氢化
Bolm及其同事在2008年报道的开创性工作展示了XB在喹啉衍生物与Hantzsch酯的转移氢化中的应用。随后的研究发展了多种XB供体催化剂（如CAT1、CAT2、CAT3），能够高效地将喹啉和亚胺转化为相应的四氢喹啉和N-芳基甲基苯胺类化合物，证明了XB在C=N键还原中的普适性。
Diels-Alder反应及其氮杂变体
XB催化已成功应用于Diels-Alder环加成反应。Takeda、Minakata及其同事报道了首例XB催化的氮杂Diels-Alder反应。后续研究开发了多种催化剂（如CAT4-CAT11），用于活化亚胺或α,β-不饱和羰基化合物，与二烯高效地发生[4+2]环加成，甚至实现了对映选择性的Diels-Alder反应，展示了XB在构筑复杂环系中的能力。
Mannich反应及相关过程
XB催化在Mannich型反应中取得了显著成功，特别是Arai及其同事利用金鸡纳碱衍生的催化剂（如CAT13、CAT14）实现了丙二腈与N- Boc亚胺的高对映选择性Mannich反应。此外，Nachtsheim小组开发的XB催化Pictet-Spengler环化，能够以低催化剂负载量高效构建四氢咔唑骨架，显示了广泛的底物适用性。
Mukaiyama-醛醇反应
Shibata和Huber小组的研究表明，XB供体（如CAT2、CAT18）能够有效活化醛基，促进其与硅基烯醇醚的加成。Huber小组开发的第二代手性催化剂CAT18，实现了芳基乙二醛与硅基烯醇醚的高对映选择性Mukaiyama-醛醇反应，代表了XB在不对称合成中的重要进展。
Michael和氮杂Michael加成
早在2005年，Banik及其同事就使用催化量的碘促进了吲哚对α,β-不饱和酮的Michael加成，后续计算研究支持了XB机制。该反应类型随后被扩展到噻吩、呋喃等杂芳烃，以及氮杂Michael环化。Kanger小组报道了XB与氢键协同催化的对映选择性Michael加成，实现了丙二腈对乙烯基膦酸酯的高立体选择性转化。
涉及C=O基团的Friedel-Crafts型反应
XB催化通过活化醛酮的羰基，促进了吲哚的Friedel-Crafts烷基化反应，用于合成双吲哚甲烷类化合物。Toy、Sekar和Kokotos小组分别发展了高效的催化体系（如CAT22、CAT3、CAT23），能够兼容芳香、脂肪醛酮以及异吲哚啉二酮等多种底物。
Nazarov和isoNazarov环化
Gandon、Huber、Breugst和Murphy等小组的研究表明，XB可以像路易斯酸一样活化二乙烯基酮或α,β,γ,δ-不饱和醛，促进其发生4π电环化关环，高效地构建环戊烯酮骨架，并展示了良好的底物范围和立体选择性。
聚合反应
Coulembier小组报道了ICl3作为XB催化剂用于L-丙交酯的开环聚合，能够可控地合成分子量分布窄的聚乳酸，为可生物降解聚酯的合成提供了新方法。
糖基化反应
Takemoto和Loh小组的研究凸显了XB在糖基化反应中的潜力。Takemoto小组利用XB与氢键的协同催化，实现了三氯乙酰亚胺酯给体与酰胺受体的立体选择性糖基化。Loh小组则发展了基于环丙烷化糖苷底物的XB催化糖基化策略，能够高效、高立体选择性地合成结构多样的O-和N-糖苷。
C=N、C=O和C=S键的其他亲核加成
本节总结了XB催化下通过杂环化构建单环和双环体系的多种反应，包括苯并噁唑合成、Povarov反应、Knorr型吡唑合成、Groebke-Blackburn-Bienaymé多组分反应等。Yoshida小组还报道了XB催化的对映选择性硫醇对靛红衍生物C=N键的加成，展示了其在C-S键形成中的应用。
卤素键驱动的卤素提取反应
XB可作为卤素提取剂，通过XB供体与有机卤化物中卤素的相互作用，极化并弱化C-X键，促进其异裂生成碳正离子，进而被亲核试剂捕获。Huber小组的开创性工作以及Aaker?y小组的催化版本验证了这一概念。此策略还被成功应用于活化金属-卤键，例如与金(I)氯化物配合使用，XB供体（如CAT33、CAT34）能够提取氯离子，生成高活性的阳离子金物种，从而高效催化炔酰胺环化、烯炔环异构化等反应。
卤素键催化的其他底物活化途径
通过卤素键活化环氧化物
Li、Sch?llhorn和Guo等小组的研究表明，XB催化剂（如CAT35-CAT37）能够活化环氧化物中的氧原子，促进其与CO2环加成生成环状碳酸酯，或与异氰酸酯反应生成噁唑烷酮。这些反应为二氧化碳固定和杂环合成提供了温和的途径。
涉及卤素物种的碳环化反应
Yeung小组发展了一种间接活化模式，XB催化剂通过作用于溴化试剂（如122）的羰基氧，增强溴原子的亲电性，进而引发N-肉桂酰磺酰胺或O-肉桂基醚的分子内溴环化反应，高非对映选择性地构建含卤素的杂双环体系。
α-杂原子取代碳的官能化活化
Yeung小组报道了XB催化下N,O-缩醛与亲核试剂的反应。在TMSCl存在下，N,O-缩醛生成N-酰基亚胺离子中间体，随后在XB催化剂（CAT39）作用下与烯醇盐、烯丙基硅烷或富电子芳烃发生亲核加成，实现α-氨基碳的官能化。Loh小组则报道了XB催化的糖苷化类型反应，通过活化二醇底物，与醇核苷高效、高立体选择性地合成糖苷类化合物。
杂芳烃的Reissert型多组分去芳构化
Momiyama和García-Manche?o小组在XB催化下实现了吡啶、喹啉和异喹啉的Reissert型去芳构化反应。该过程涉及杂芳烃与氯甲酸酯活化生成N-酰基吡啶鎓离子，随后在XB催化剂（如CAT41、CAT42）作用下与硅基烯醇醚发生亲核加成，区域和立体选择性地构建官能化的二氢杂环化合物。García-Manche?o小组的工作还实现了对映选择性的版本。
卤素键作为催化剂构建的工具
除了作为活化相互作用，XB还可作为结构元素用于构建催化剂本身。Pombeiro小组报道了通过XB（Cl···Cl）作用稳定的金属配合物（CAT43），并将其成功应用于醇的氧化。van Leeuwen和Vidal-Ferran小组则开创性地利用XB（I···N）介导了双齿膦配体的自组装，构建了结构明确的铑(I)配合物（如CAT44、CAT45）。这些配合物在末端炔烃的氢硼化反应中表现出优异的活性和选择性，展示了基于XB的模块化催化剂设计的潜力。
结论与展望
卤素键催化已发展成为催化科学中一个强大而多功能的工具。其在底物活化、卤素提取和催化剂构建方面的成功应用，证明了其作为一种补充甚至替代传统催化模式的巨大潜力。未来的挑战和机遇包括深化机理理解、拓展不对称催化的普适性和效率、开发更强大的XB供体、探索其在可持续化学和生物相容性反应中的应用，以及进一步挖掘其在超分子催化剂组装中的设计原则。跨学科的合作将继续推动这一领域的发展，使卤素键催化成为现代合成化学中不可或缺的一部分。
