銠催化新思路！陜西師大&天大最新Nature子刊！

來源：催化開天地

硼立體中心和C-B軸手性化合物作為一類含硼手性骨架，在研究中尚屬罕見。

2025年11月5日，陜西師范大學李興偉、王芬、天津大學黃跟平在國際知名期刊Nature Communications發(fā)表題為《Rhodium-catalyzed construction of boron-based point and axial chirality via asymmetric annulation of alkynylborons》的研究論文，Xiaohan Zhu為論文第一作者，李興偉、王芬、黃跟平為論文共同通訊作者。

在本文中，作者報道了通過銠（Rh）催化的（雜）芳烴C-H活化，與兩類硼官能化炔烴發(fā)生[4+2]或[3+2]環(huán)化反應，實現(xiàn)了對硼立體中心和C-B軸手性（雜）環(huán)化合物的不對稱合成。

在四配位gem-二炔基硼與兩類芳烴的環(huán)化反應中，通過對二炔的去對稱化，構建了B-立體中心（雜）環(huán)化合物。而在三配位、空間位阻較大的硼官能化炔烴參與的[4+2]環(huán)化反應中，通過與2-酰胺基取代吲哚反應，實現(xiàn)了吲哚C(3)-H活化，構建了C-B軸手性聯(lián)芳基化合物（對映體過量值最高達99% ee）。

所有偶聯(lián)反應均具有良好的官能團兼容性、化學選擇性，并在溫和條件下實現(xiàn)了高對映選擇性，無需使用化學計量的氧化劑。所生成的手性產(chǎn)物表現(xiàn)出硼手性固有的構型穩(wěn)定性有限的特點。此外，該偶聯(lián)體系還可用于構建多種具有藥物樣分子骨架的手性有機硼化合物。文中還對部分代表性的軸手性產(chǎn)物的光物理性質(zhì)進行了初步研究。

手性有機硼化合物因其獨特的幾何結構和電子性質(zhì)，在化學多個領域中發(fā)揮著重要作用。三配位硼化合物由于存在一個空的p軌道，通常表現(xiàn)出路易斯酸性，易于受到親核試劑的攻擊，從而形成sp3雜化的硼中心，生成具有相對穩(wěn)定四面體結構的四配位硼化合物。事實上，四配位硼立體中心和C–B軸手性結構已廣泛存在于天然產(chǎn)物、功能材料和手性配體中。

盡管在有機硼化合物α位構建碳立體中心已取得顯著進展，但構建具有手性的四配位硼立體中心仍面臨巨大挑戰(zhàn)。這主要歸因于硼原子尺寸較小、硼化合物易發(fā)生轉金屬化反應，以及該類產(chǎn)物的構型穩(wěn)定性較差。

目前，能夠不對稱合成B-立體中心的方法非常有限，因此亟需開發(fā)新的合成策略。炔烴因其易得性和高反應性，已被廣泛用于構建中心手性。特別是金屬催化的炔烴（二炔）不對稱去對稱化反應，已成為構建四取代手性中心的有效策略。例如，Tanaka在2008年報道了二炔基膦氧化物的[2+2+2]環(huán)加成反應，成功構建了高對映選擇性的P-立體中心芳烴；Zhou在2013年利用銅催化的疊氮-炔環(huán)加成反應（CuAAC）構建了季碳中心；Nozaki則開發(fā)了銠催化的硅醚二炔去對稱化反應，用于構建Si-立體中心。

盡管已有上述進展，但相比于C、Si、P等立體中心的研究，B-立體中心的不對稱催化合成仍嚴重滯后。目前，He課題組報道了唯一一例通過CuAAC反應實現(xiàn)二炔基硼的去對稱化；Song和He課題組也分別實現(xiàn)了其他四配位有機硼試劑的去對稱化。

此外，軸手性化合物因其在手性配體、有機催化劑、天然產(chǎn)物和藥物中的廣泛應用而備受關注。在催化不對稱構建軸手性化合物方面，大多數(shù)研究集中于C-C軸手性體系，因其構建方法較為成熟。近年來，C-N和N-N軸手性（雜）聯(lián)芳的研究也逐漸增多，顯示出該領域的重要性與活力。

相比之下，C-B軸手性化合物的不對稱構建研究仍非常有限，主要挑戰(zhàn)在于Csp2-B鍵較長（約1.58 ?），導致旋轉勢壘較低，構型穩(wěn)定性差。盡管如此，已有三種策略被開發(fā)用于構建C–B軸手性：一是de novo構建C–B軸；二是對炔基硼試劑的雙官能化；三是利用已有C–B鍵的前手性芳烴進行動態(tài)動力學轉化。

2021年，Song課題組首次通過Miyaura硼化反應實現(xiàn)了C–B軸手性平臺的不對稱合成。隨后，Song和Wang課題組分別利用炔基硼試劑實現(xiàn)了高對映選擇性的[2+2+2]環(huán)加成反應。此外，Song課題組還開發(fā)了鎳催化的自由基接力還原偶聯(lián)反應，構建了開鏈C–B軸手性烯基硼化合物。

受上述研究啟發(fā)，本研究聚焦于利用四配位和三配位硼功能化炔烴，通過C-H活化-環(huán)化反應構建硼基手性化合物。考慮到這些炔烴本身為缺電子體系，可能與C–H活化引發(fā)的環(huán)化反應存在兼容性問題，因此作者發(fā)展了Rh(III)催化的不對稱偶聯(lián)反應，利用帶有可轉化螯合基團的（雜）芳烴與兩類硼功能化炔烴反應，成功構建了硼立體中心（雜）環(huán)和C-B軸手性化合物，具有良好的區(qū)域選擇性和對映選擇性。

圖1：硼立體中心與C-B軸手性化合物的不對稱合成概述。圖1a：展示了含硼手性化合物在天然產(chǎn)物、功能材料及手性配體中的應用實例（如Boromycin、BODIPY等）。圖1b：總結了構建硼立體中心與C-B軸手性化合物面臨的挑戰(zhàn)，包括構型不穩(wěn)定性、硼原子較小、C-B鍵旋轉勢壘低等。圖1c：回顧了通過不對稱轉化構建中心手性與軸手性化合物的研究進展，涵蓋P、Si、C-N、C-B等軸手性體系。圖1d：概述了本研究發(fā)展的三類銠催化不對稱環(huán)化反應體系，分別用于構建硼立體中心與C-B軸手性化合物。

圖2：兩類硼立體中心化合物的合成反應范圍。上半部分：展示了以N-叔丁基-α-芳基硝酮為底物，與四配位gem-二炔基硼發(fā)生[3+2]環(huán)化反應，構建硼立體中心茚酮類化合物，產(chǎn)率46-78%，ee值高達96%。下半部分：展示了以N-OPiv苯甲酰胺為底物，與四配位B, N-二炔發(fā)生[4+2]環(huán)化反應，構建硼立體中心異喹啉酮類化合物，產(chǎn)率43-80%，ee值高達93%。

圖3：硼立體中心構型分析。通過X射線單晶衍射分析化合物4和24的硼中心構型，確認其絕對構型為(R)。計算了硼原子的四面體性（THCDA），分別為72%和65%，并指出硼中心構型穩(wěn)定性較低。

圖4：C-B軸手性化合物的合成反應范圍。以2-酰胺基吲哚與三配位、空間位阻大的硼炔烴發(fā)生[4+2]環(huán)化反應，構建C-B軸手性聯(lián)芳基化合物。展示了吲哚環(huán)與炔烴底物的廣泛官能團兼容性，產(chǎn)率42-72%，ee值高達99%。通過X射線衍射確定產(chǎn)物45的絕對構型，并測得旋轉勢壘為31.1 kcal/mol，表明其具有較好的構型穩(wěn)定性。

圖5：合成應用與轉化。圖5a：展示了將藥物分子（如吉非貝齊、松香酸、姜酮等）引入硝酮底物，成功實現(xiàn)不對稱[3+2]環(huán)化，產(chǎn)率42-64%，dr > 20:1。圖5b：展示了代表性產(chǎn)物的克級合成及后續(xù)轉化，如N-甲基化、Suzuki偶聯(lián)、還原等，保持高對映選擇性。圖5c：展示了C-B軸手性膦配體81在Rh催化烯丙基化反應中的應用，產(chǎn)率76%，ee值46%。

圖6：光物理性質(zhì)研究。測試了代表性C–B軸手性化合物與硼立體中心化合物的紫外吸收、熒光發(fā)射、圓二色性（CD）等性質(zhì)。C–B軸手性化合物發(fā)藍色熒光，量子產(chǎn)率最高達0.30；硼立體中心化合物發(fā)黃色熒光，量子產(chǎn)率最高達0.48。CD譜圖顯示所有化合物均具有明顯的手性光學活性，gabs值在-0.29×10-3至-1.6×10-3之間。

圖7：機理研究。a. 對照實驗。b. 動力學同位素效應。c. 分離用于構建硼立體中心的催化相關Rh物種。d. Rh配合物作為催化劑前體的可行性驗證。e. 分離與C-B軸手性相關的催化活性Rh物種。f. 銠配合物作為C-B軸手性催化前體的可行性驗證。

圖8：密度泛函理論（DFT）計算研究。對[4+2]環(huán)化反應中關鍵遷移插入步驟進行DFT計算，揭示(R)-TS1比(S)-TS1能量低1.4 kcal/mol，解釋了高對映選擇性來源。對于C–B軸手性構建反應，(Ra)-TS2比(Sa)-TS2能量低2.4 kcal/mol，主要源于π–π堆積作用差異。

綜上，作者成功發(fā)展了一類銠催化的不對稱環(huán)化反應體系，實現(xiàn)了對硼立體中心和C-B軸手性化合物的高效、高選擇性構建，填補了硼基手性分子合成領域的關鍵空白。

作者通過C-H活化策略，利用兩類硼功能化炔烴與（雜）芳烴發(fā)生[3+2]或[4+2]環(huán)化反應，分別構建了結構新穎的硼立體中心（雜）環(huán)和C-B軸手性聯(lián)芳化合物，產(chǎn)率優(yōu)良，對映選擇性高達99% ee。該方法具有反應條件溫和、官能團耐受性好、無需外加氧化劑等優(yōu)點，適用于多種復雜分子骨架的構建。

該研究不僅在合成方法學上實現(xiàn)了突破，也為硼化學、手性催化和功能材料設計提供了新的工具和思路。所得手性有機硼化合物具有良好的構型穩(wěn)定性和獨特的光物理性質(zhì)，部分產(chǎn)物表現(xiàn)出強烈的熒光發(fā)射和顯著的手性光學響應，顯示出在光電材料、手性識別、不對稱催化及藥物開發(fā)中的廣闊應用前景。此外，該策略還可拓展至其他雜原子手性中心的構建，具有重要的理論價值和實際應用潛力。

Rhodium-catalyzed construction of boron-based point and axial chirality via asymmetric annulation of alkynylborons.

Nat. Commun.

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