记者3日从中国科学技术大学获悉，该校精准智能化学重点实验室汪义丰教授、傅尧教授等组成的联合研究团队，发展了一类手性硼自由基催化的不对称环异构化反应。他们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，国际学术期刊《科学》杂志在线发表了该项成果。
手性硼自由基催化剂示意图。中国科大供图
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。但是，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，在反应中容易失活，极难构建有效的催化循环，另外大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。
围绕上述挑战，研究人员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，为反应的手性调控提供了基础。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，该研究团队通过量子化学计算、电子顺磁共振(EPR)光谱、氘代标记实验等多种手段，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。
该项研究不仅首次展现了硼自由基催化不对称合成的强大功能，而且也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。
(责任编辑：韩梦晨)
