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导读

近日，中国科大汪义丰教授、傅尧教授和张凤莲副教授联合研究团队在硼自由基催化不对称合成领域取得重要进展，重庆大学黄晓旭团队及其合作者利用自主研发的三维透射电镜技术在纳米金属研究领域取得的新突破，相关研究进展均发表在《Science》上。

中国科大在硼自由基催化不对称合成领域取得重要进展

中国科学技术大学精准智能化学重点实验室汪义丰教授、傅尧教授和张凤莲副教授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。在该工作中，作者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。北京时间12月1日，国际著名学术期刊《科学》杂志在线发表了该项工作。

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。但是，实现该类型不对称催化极具挑战性，原因在于：1）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；2）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，中国科学技术大学汪义丰教授、傅尧教授和张凤莲副教授联合研究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。

图注：手性氮杂环卡宾-硼自由基的开发及其在不对称环异构化反应中的应用

中国科学技术大学博士生王长岭、王杰和特任副研究员靳继康博士是本论文的共同第一作者。该研究获得国家自然科学基金、中国科学院和中国科学技术大学项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1126/science.adg1322

2023年12月1日，重庆大学作为第一完成单位和第一通讯作者单位在顶级期刊《Science》发表最新研究成果。论文题目为《3D microscopy at the nanoscale reveals unexpected lattice rotations in deformed nickel》（纳米分辨三维电镜揭示变形镍的异常晶格转动），是材料科学与工程学院黄晓旭团队及其合作者利用自主研发的三维透射电镜技术在纳米金属研究领域取得的新突破。此前，重庆大学材料科学与工程学院在材料科学领域已有5篇论文发表在《Science》和《Nature》上。

黄晓旭教授

传统的电子显微镜技术，只能观察样品的表层，或者观察材料内部三维结构的二维投影，这大大限制了人们对材料微观组织的认识。因此，过去二十多年，在全球范围内，广大科学家致力于开发三维表征技术，空间分辨率在微米尺度的三维表征技术研发已取得了重要进展，其应用促进了材料科学领域的重要科学发现。但是，更多更深层次的材料科学问题需要纳米级甚至原子级的三维表征技术，将空间分辨率从微米级提高到纳米级，需要提高三个数量级，这是一个巨大的挑战。

三维透射电镜

黄晓旭团队经过十多年的不懈努力，在国家重点研发计划等项目的支持下，成功开发了一系列基于电子衍射的三维透射电镜技术，空间分辨率1nm。这些技术的研发填补了纳米级三维电镜取向成像技术的空白，将大大促进三维材料科学的发展。

金属中位错界面的三维透射电镜成像

纳米金颗粒的三维透射电镜成像

本研究利用三维取向成像技术，首次实现了纳米金属塑性变形的三维电镜研究。发现了纳米金属塑性应变可恢复的反常现象，并揭示了这一现象的物理本质。本工作的新发现发展了纳米金属塑性变形理论，将为先进纳米结构材料研发、纳米材料使役行为的预测和控制以及微纳器件功能优化提供理论指导。

纳米金属镍变形前（A）和变形后（B）三维形貌与晶体取向变化

黄晓旭团队长期致力于先进表征技术和纳米金属研究，在三维表征技术的研发、纳米金属的变形机理和强化机制研究等方面已取得了多项创新工作，相关成果多次在《Science》和《Nature》杂志发表。

黄晓旭团队部分成员

重庆大学/西南技术工程研究所贺琼瑶博士和欧洲散裂中子源Søren Schmidt博士为共同第一作者，重庆大学/北京科技大学吴桂林教授、清华大学Andrew Godfrey教授和重庆大学黄晓旭教授为共同通讯作者。重庆大学朱万全博士、黄天林教授、张玲教授和冯宗强副教授，以及丹麦技术大学Dorte Juul Jensen教授为共同作者。

原文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj2522

来源：中国科学技术大学、重庆大学