铑催化新思路！陕西师大&天大最新Nature子刊！

来源：催化开天地

硼立体中心和C-B轴手性化合物作为一类含硼手性骨架，在研究中尚属罕见。

2025年11月5日，陕西师范大学李兴伟、王芬、天津大学黄跟平在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Rhodium-catalyzed construction of boron-based point and axial chirality via asymmetric annulation of alkynylborons》的研究论文，Xiaohan Zhu为论文第一作者，李兴伟、王芬、黄跟平为论文共同通讯作者。

在本文中，作者报道了通过铑（Rh）催化的（杂）芳烃C-H活化，与两类硼官能化炔烃发生[4+2]或[3+2]环化反应，实现了对硼立体中心和C-B轴手性（杂）环化合物的不对称合成。

在四配位gem-二炔基硼与两类芳烃的环化反应中，通过对二炔的去对称化，构建了B-立体中心（杂）环化合物。而在三配位、空间位阻较大的硼官能化炔烃参与的[4+2]环化反应中，通过与2-酰胺基取代吲哚反应，实现了吲哚C(3)-H活化，构建了C-B轴手性联芳基化合物（对映体过量值最高达99% ee）。

所有偶联反应均具有良好的官能团兼容性、化学选择性，并在温和条件下实现了高对映选择性，无需使用化学计量的氧化剂。所生成的手性产物表现出硼手性固有的构型稳定性有限的特点。此外，该偶联体系还可用于构建多种具有药物样分子骨架的手性有机硼化合物。文中还对部分代表性的轴手性产物的光物理性质进行了初步研究。

手性有机硼化合物因其独特的几何结构和电子性质，在化学多个领域中发挥着重要作用。三配位硼化合物由于存在一个空的p轨道，通常表现出路易斯酸性，易于受到亲核试剂的攻击，从而形成sp3杂化的硼中心，生成具有相对稳定四面体结构的四配位硼化合物。事实上，四配位硼立体中心和C–B轴手性结构已广泛存在于天然产物、功能材料和手性配体中。

尽管在有机硼化合物α位构建碳立体中心已取得显著进展，但构建具有手性的四配位硼立体中心仍面临巨大挑战。这主要归因于硼原子尺寸较小、硼化合物易发生转金属化反应，以及该类产物的构型稳定性较差。

目前，能够不对称合成B-立体中心的方法非常有限，因此亟需开发新的合成策略。炔烃因其易得性和高反应性，已被广泛用于构建中心手性。特别是金属催化的炔烃（二炔）不对称去对称化反应，已成为构建四取代手性中心的有效策略。例如，Tanaka在2008年报道了二炔基膦氧化物的[2+2+2]环加成反应，成功构建了高对映选择性的P-立体中心芳烃；Zhou在2013年利用铜催化的叠氮-炔环加成反应（CuAAC）构建了季碳中心；Nozaki则开发了铑催化的硅醚二炔去对称化反应，用于构建Si-立体中心。

尽管已有上述进展，但相比于C、Si、P等立体中心的研究，B-立体中心的不对称催化合成仍严重滞后。目前，He课题组报道了唯一一例通过CuAAC反应实现二炔基硼的去对称化；Song和He课题组也分别实现了其他四配位有机硼试剂的去对称化。

此外，轴手性化合物因其在手性配体、有机催化剂、天然产物和药物中的广泛应用而备受关注。在催化不对称构建轴手性化合物方面，大多数研究集中于C-C轴手性体系，因其构建方法较为成熟。近年来，C-N和N-N轴手性（杂）联芳的研究也逐渐增多，显示出该领域的重要性与活力。

相比之下，C-B轴手性化合物的不对称构建研究仍非常有限，主要挑战在于Csp2-B键较长（约1.58 Å），导致旋转势垒较低，构型稳定性差。尽管如此，已有三种策略被开发用于构建C–B轴手性：一是de novo构建C–B轴；二是对炔基硼试剂的双官能化；三是利用已有C–B键的前手性芳烃进行动态动力学转化。

2021年，Song课题组首次通过Miyaura硼化反应实现了C–B轴手性平台的不对称合成。随后，Song和Wang课题组分别利用炔基硼试剂实现了高对映选择性的[2+2+2]环加成反应。此外，Song课题组还开发了镍催化的自由基接力还原偶联反应，构建了开链C–B轴手性烯基硼化合物。

受上述研究启发，本研究聚焦于利用四配位和三配位硼功能化炔烃，通过C-H活化-环化反应构建硼基手性化合物。考虑到这些炔烃本身为缺电子体系，可能与C–H活化引发的环化反应存在兼容性问题，因此作者发展了Rh(III)催化的不对称偶联反应，利用带有可转化螯合基团的（杂）芳烃与两类硼功能化炔烃反应，成功构建了硼立体中心（杂）环和C-B轴手性化合物，具有良好的区域选择性和对映选择性。

图1：硼立体中心与C-B轴手性化合物的不对称合成概述。图1a：展示了含硼手性化合物在天然产物、功能材料及手性配体中的应用实例（如Boromycin、BODIPY等）。图1b：总结了构建硼立体中心与C-B轴手性化合物面临的挑战，包括构型不稳定性、硼原子较小、C-B键旋转势垒低等。图1c：回顾了通过不对称转化构建中心手性与轴手性化合物的研究进展，涵盖P、Si、C-N、C-B等轴手性体系。图1d：概述了本研究发展的三类铑催化不对称环化反应体系，分别用于构建硼立体中心与C-B轴手性化合物。

图2：两类硼立体中心化合物的合成反应范围。上半部分：展示了以N-叔丁基-α-芳基硝酮为底物，与四配位gem-二炔基硼发生[3+2]环化反应，构建硼立体中心茚酮类化合物，产率46-78%，ee值高达96%。下半部分：展示了以N-OPiv苯甲酰胺为底物，与四配位B, N-二炔发生[4+2]环化反应，构建硼立体中心异喹啉酮类化合物，产率43-80%，ee值高达93%。

图3：硼立体中心构型分析。通过X射线单晶衍射分析化合物4和24的硼中心构型，确认其绝对构型为(R)。计算了硼原子的四面体性（THCDA），分别为72%和65%，并指出硼中心构型稳定性较低。

图4：C-B轴手性化合物的合成反应范围。以2-酰胺基吲哚与三配位、空间位阻大的硼炔烃发生[4+2]环化反应，构建C-B轴手性联芳基化合物。展示了吲哚环与炔烃底物的广泛官能团兼容性，产率42-72%，ee值高达99%。通过X射线衍射确定产物45的绝对构型，并测得旋转势垒为31.1 kcal/mol，表明其具有较好的构型稳定性。

图5：合成应用与转化。图5a：展示了将药物分子（如吉非贝齐、松香酸、姜酮等）引入硝酮底物，成功实现不对称[3+2]环化，产率42-64%，dr > 20:1。图5b：展示了代表性产物的克级合成及后续转化，如N-甲基化、Suzuki偶联、还原等，保持高对映选择性。图5c：展示了C-B轴手性膦配体81在Rh催化烯丙基化反应中的应用，产率76%，ee值46%。

图6：光物理性质研究。测试了代表性C–B轴手性化合物与硼立体中心化合物的紫外吸收、荧光发射、圆二色性（CD）等性质。C–B轴手性化合物发蓝色荧光，量子产率最高达0.30；硼立体中心化合物发黄色荧光，量子产率最高达0.48。CD谱图显示所有化合物均具有明显的手性光学活性，gabs值在-0.29×10-3至-1.6×10-3之间。

图7：机理研究。a. 对照实验。b. 动力学同位素效应。c. 分离用于构建硼立体中心的催化相关Rh物种。d. Rh配合物作为催化剂前体的可行性验证。e. 分离与C-B轴手性相关的催化活性Rh物种。f. 铑配合物作为C-B轴手性催化前体的可行性验证。

图8：密度泛函理论（DFT）计算研究。对[4+2]环化反应中关键迁移插入步骤进行DFT计算，揭示(R)-TS1比(S)-TS1能量低1.4 kcal/mol，解释了高对映选择性来源。对于C–B轴手性构建反应，(Ra)-TS2比(Sa)-TS2能量低2.4 kcal/mol，主要源于π–π堆积作用差异。

综上，作者成功发展了一类铑催化的不对称环化反应体系，实现了对硼立体中心和C-B轴手性化合物的高效、高选择性构建，填补了硼基手性分子合成领域的关键空白。

作者通过C-H活化策略，利用两类硼功能化炔烃与（杂）芳烃发生[3+2]或[4+2]环化反应，分别构建了结构新颖的硼立体中心（杂）环和C-B轴手性联芳化合物，产率优良，对映选择性高达99% ee。该方法具有反应条件温和、官能团耐受性好、无需外加氧化剂等优点，适用于多种复杂分子骨架的构建。

该研究不仅在合成方法学上实现了突破，也为硼化学、手性催化和功能材料设计提供了新的工具和思路。所得手性有机硼化合物具有良好的构型稳定性和独特的光物理性质，部分产物表现出强烈的荧光发射和显著的手性光学响应，显示出在光电材料、手性识别、不对称催化及药物开发中的广阔应用前景。此外，该策略还可拓展至其他杂原子手性中心的构建，具有重要的理论价值和实际应用潜力。

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

Nat. Commun.

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