特別說明：本文由米測技術中心原創撰寫，旨在分享相關科研知識。因學識有限，難免有所疏漏和錯誤，請讀者批判性閱讀，也懇請大方之家批評指正。
原創丨彤心未泯（米測 技術中心）
編輯丨風云
對映體純手性產品可被用作藥物和功能材料，其需求不斷增加，因此，對映選擇性催化劑的設計和發現一直是有機化學的持久目標。在過去的幾十年里，以自由基物質為關鍵中間體的催化對映選擇性反應的發展取得了巨大進展，其中包括使用路易斯酸、有機催化劑、過渡金屬、酶催化劑和光催化劑等各種催化方法均已被報道。
然而，自由基催化劑的開發設計仍存在以下問題：
1、開發功能獨特的催化劑和催化反應極具挑戰性
盡管取得了這些令人興奮的進展，但結構和功能上不同的手性催化劑和機理上不同的催化反應的開發是非常理想的，但實現起來卻具有挑戰性。開發用于對映選擇性合成的功能獨特的催化劑是合成化學的一個突出且具有挑戰的目標。
2、有機自由基催化劑的使用受到壽命限制
有機自由基通常作為化學計量促進劑或中間體參與各種反應，但因為這些物質的壽命短和反應活性高，使用有機自由基作為催化劑仍然受到限制，這對實現有效的催化循環構成了顯著的挑戰。
3、使用手性自由基催化劑的不對稱反應是一個艱巨的挑戰
有機自由基特定的化學性質可以促進顯著的分子轉化，自由基物種已被報道為環化反應的有效催化劑。然而，使用手性自由基催化劑的不對稱反應仍然是一個艱巨的挑戰，主要困難在于缺乏合適的手性催化劑。
有鑒于此，中科大汪義豐、傅堯和張鳳蓮等人報道了一系列手性N-雜環卡賓（NHC）連接的硼基自由基作為催化劑，能夠催化不對稱自由基環異構化反應。自由基催化劑可以由容易制備的NHC-硼烷絡合物產生，手性NHC組分的廣泛可用性為立體化學控制提供了實質性的好處。機理研究支持包括硼基自由基加成、氫原子轉移、環化和硼基自由基催化劑消除的催化循環順序，其中手性NHC亞基決定自由基環化的對映選擇性。這種催化作用可以將簡單的起始材料通過不對稱構建生成有價值的手性雜環產物。
技術方案：
1、提出了基于兩個硼基自由基催化的環異構化反應并驗證了可行性
作者提出了基于兩個硼基自由基催化的環異構化反應，通過模型底物證明了催化反應是有效的。
2、探究了兩種催化不對稱自由基環異構化反應的底物范圍
作者通過實驗正式了NHC-硼基自由基通過催化循環A和B催化的對映選擇性異構化反應顯示出廣泛的底物范圍和良好至優異的對映控制水平。
3、闡明了合成應用和催化分子間反應
作者說明了這兩種催化環異構化反應可用于各種通用的結構單元的構建，以及環噻啶、[2+2+2]環化等多種反應。
4、解析了不對稱催化的反應機理
作者通過實驗和理論計算解析了催化反應包括硼基自由基加成到炔烴、氫原子轉移（HAT）、環化和硼基自由基催化劑的消除等過程，手性NHC亞基決定自由基環化的對映選擇性。
技術優勢：
1、報道了一種通用有效的不對稱NHC-硼基自由基催化模式
本工作報告了一種通用且有效的不對稱NHC-硼基自由基催化模式的發展，該模式能夠實現不對稱自由基環異構化反應，從而快速組裝一系列對映體富集的五元和六元雜環。
2、闡明了不對稱催化機理和選擇性起源
作者證實了催化循環歷程，表明手性NHC單元創造了一個手性微環境，可以在C-C中發揮有效的立體化學控制成鍵環化步驟，所獲得的含有α-立體中心的雜環類似于藥物化學研究中的藥物或目標化合物的手性片段。
技術細節
反應設計
圖 用于催化對映選擇性反應的自由基催化劑
反應進展
圖 反應發展
兩種催化不對稱自由基環異構化反應的底物范圍
圖 NHC-硼基自由基催化N-芐基高炔丙胺不對稱環異構化的底物范圍
圖 NHC-硼基自由基催化不對稱環異構化的底物范圍
合成應用和催化分子間反應
圖 合成應用和催化分子間反應
機理分析
圖 1a與B-1衍生的硼基自由基催化劑反應的對映選擇性分析
總之，作者報告了一種通用且有效的不對稱NHC-硼基自由基催化模式的發展，催化循環通過一系列硼基自由基加成到炔烴、氫原子轉移（HAT）、環化和硼基自由基催化劑的消除進行，在此期間，手性NHC單元創造了一個手性微環境，可以在C-C中發揮有效的立體化學控制成鍵環化步驟。實驗和計算研究已經闡明了反應機理和對映選擇性的起源。所獲得的含有α-立體中心的雜環類似于藥物化學研究中的藥物或目標化合物的手性片段，但從簡單的起始材料通過不對稱催化進行對映選擇性合成仍然是一個挑戰。
參考文獻：
CHANG-LING WANG, et al. Boryl radical catalysis enables asymmetric radical cycloisomerization reactions. Science, 2023, 382(6674):1056-1065.
DOI: 10.1126/science.adg1322
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg1322
