中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)精準(zhǔn)智能化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授汪義豐、傅堯和副教授張鳳蓮聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，發(fā)展了一類手性硼自由基催化的不對(duì)稱環(huán)異構(gòu)化反應(yīng)。該工作設(shè)計(jì)開發(fā)了一類結(jié)構(gòu)和功能全新的手性氮雜卡賓-硼自由基催化劑，并發(fā)展了硼自由基催化的不對(duì)稱環(huán)化異構(gòu)化反應(yīng)。12月1日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《科學(xué)》（Science，DOI：10.1126/science.adg1322）上。

不對(duì)稱催化是合成手性功能分子、認(rèn)識(shí)手性世界的重要方式。開發(fā)結(jié)構(gòu)和功能新穎的手性催化劑及其催化的不對(duì)稱反應(yīng)是不對(duì)稱催化領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。自由基物種含有未成對(duì)電子，其反應(yīng)活性高，反應(yīng)模式與離子型反應(yīng)不同，在有機(jī)合成化學(xué)中發(fā)揮著日益重要的作用。利用自由基作為手性催化劑的不對(duì)稱反應(yīng)，在反應(yīng)機(jī)制、催化模式以及官能團(tuán)兼容性等方面不同于過(guò)渡金屬催化、有機(jī)小分子催化和酶催化，有望為手性分子的合成提供全新的思路和策略。而實(shí)現(xiàn)該類型不對(duì)稱催化極具挑戰(zhàn)性，原因在于有機(jī)自由基極其活潑，在反應(yīng)中易失活，極難構(gòu)建有效的催化循環(huán)；多數(shù)自由基的結(jié)構(gòu)不易改造和修飾，難以對(duì)手性環(huán)境進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。

為了應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊(duì)基于前期對(duì)有機(jī)硼自由基性能的深入研究，設(shè)計(jì)了一類結(jié)構(gòu)新穎且易于修飾的手性氮雜卡賓-硼自由基催化劑，并利用其對(duì)不飽和烴加成可逆性的原理，發(fā)展了一類反應(yīng)機(jī)制和催化循環(huán)全新的不對(duì)稱環(huán)異構(gòu)化反應(yīng)。該類手性硼自由基前體制備簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)豐富、易于修飾，為反應(yīng)的手性調(diào)控奠定了基礎(chǔ)。手性硼自由基表現(xiàn)出優(yōu)秀的催化功能，通過(guò)對(duì)炔烴的選擇性加成、氫原子轉(zhuǎn)移、分子內(nèi)環(huán)化和消除四個(gè)基元步驟，構(gòu)建了硼自由基催化循環(huán)。在自由基環(huán)化步驟，氮雜卡賓上的手性組分建立手性環(huán)境，控制了自由基中間體的對(duì)映選擇性。

此外，該研究通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算、電子順磁共振（EPR）光譜、氘代標(biāo)記實(shí)驗(yàn)等手段，闡釋了催化反應(yīng)機(jī)理和立體選擇性來(lái)源，實(shí)現(xiàn)了對(duì)催化過(guò)程的精準(zhǔn)調(diào)控，為未來(lái)基于人工智能的催化劑精準(zhǔn)設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。

該工作不僅首次展現(xiàn)了硼自由基催化不對(duì)稱合成的強(qiáng)大功能，而且將啟發(fā)和推動(dòng)其他主族元素自由基催化劑及其不對(duì)稱催化反應(yīng)的發(fā)展，為手性功能分子的合成提供全新的設(shè)計(jì)思路和催化模式。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)科大的支持。

中國(guó)科大在硼自由基催化不對(duì)稱合成領(lǐng)域取得進(jìn)展

手性氮雜環(huán)卡賓-硼自由基的開發(fā)及其在不對(duì)稱環(huán)異構(gòu)化反應(yīng)中的應(yīng)用