硼自由基催化不对称合成领域取得进展

　　中国科学技术大学精准智能化学重点实验室教授汪义丰、傅尧和副教授张凤莲联合研究团队，发展了一类手性硼自由基催化的不对称环异构化反应。该工作设计开发了一类结构和功能全新的手性氮杂卡宾-硼自由基催化剂，并发展了硼自由基催化的不对称环化异构化反应。12月1日，相关研究成果在线发表在《科学》（Science，DOI：10.1126/science.adg1322）上。

　　不对称催化是合成手性功能分子、认识手性世界的重要方式。开发结构和功能新颖的手性催化剂及其催化的不对称反应是不对称催化领域研究的重点。自由基物种含有未成对电子，其反应活性高，反应模式与离子型反应不同，在有机合成化学中发挥着日益重要的作用。利用自由基作为手性催化剂的不对称反应，在反应机制、催化模式以及官能团兼容性等方面不同于过渡金属催化、有机小分子催化和酶催化，有望为手性分子的合成提供全新的思路和策略。而实现该类型不对称催化极具挑战性，原因在于有机自由基极其活泼，在反应中易失活，极难构建有效的催化循环；多数自由基的结构不易改造和修饰，难以对手性环境进行精细调控。

　　为了应对上述挑战，该团队基于前期对有机硼自由基性能的深入研究，设计了一类结构新颖且易于修饰的手性氮杂卡宾-硼自由基催化剂，并利用其对不饱和烃加成可逆性的原理，发展了一类反应机制和催化循环全新的不对称环异构化反应。该类手性硼自由基前体制备简单、结构丰富、易于修饰，为反应的手性调控奠定了基础。手性硼自由基表现出优秀的催化功能，通过对炔烃的选择性加成、氢原子转移、分子内环化和消除四个基元步骤，构建了硼自由基催化循环。在自由基环化步骤，氮杂卡宾上的手性组分建立手性环境，控制了自由基中间体的对映选择性。

　　此外，该研究通过量子化学计算、电子顺磁共振（EPR）光谱、氘代标记实验等手段，阐释了催化反应机理和立体选择性来源，实现了对催化过程的精准调控，为未来基于人工智能的催化剂精准设计奠定了理论基础。

　　该工作不仅首次展现了硼自由基催化不对称合成的强大功能，而且将启发和推动其他主族元素自由基催化剂及其不对称催化反应的发展，为手性功能分子的合成提供全新的设计思路和催化模式。

　　研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院和中国科大的支持。