邻位双立体中心的分子是天然产物和药物分子的普遍存在的结构单元，催化对映选择性构建邻位双立体中心化合物是有机合成领域中一个长期存在、非常具有挑战性的课题，与单碳中心分子相比，邻位碳-杂原子双立体中心进一步提高了分子的复杂性和多样性。尽管具有重要意义，但是在单步反应中，邻位双立体中心的构建比在单立体中心的手性分子的催化构建要更困难，因为既要考虑对映选择性又要控制反应的非对映选择性。邻位碳-碳双立体中心的构建策略较为丰富，但邻位碳-杂原子双立体中心的构建却极为有限（图1a）。由于缺乏有效的合成方法，限制了这些具有邻位双立体中心的手性化合物在医药、材料和其他相关领域的潜在应用。考虑到立体化学的复杂性、有趣的结构和性质，发现高效的催化不对称策略来构建邻位碳-硼双立体中心仍然是非常有用的，但也极具挑战性。
宋秋玲教授团队一直致力于有机硼化学的研究，尤其是在新型四配位硼化学方面取得了系列成果（Acc. Chem. Res.,2021, 54, 2298-2312; Chem2023, 9, 1164-1181; Nat. Synth.2023, 2, NATSYNTH-23050464）。近年来在新型有机硼化合物尤其是手性有机硼的构建和应用方面也取得一系列重要进展（Nat. Synth.2023, 2, 140-151; Nat. Commun.2022, 13, 3524; ACS Cent. Sci.2022, 8, 1134-1144; Nat. Commun.2022, 13, 1784; J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 13124-13134; J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 10048-10053; Chem,2020, 6, 2347-2363; Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59, 3294-3299；Sci. Bull.2019, 22, 1685），更是利用催化不对称策略合成了首例以C-B键为主轴的轴手性芳基硼（J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 10048-10053）；并在去年报道了一种铜催化的α-重氮苯乙酸酯的非映对和对映选择性不对称B-H键插入反应，首次同时构建了邻位碳-硼双立体中心化合物（Nat. Commun.2022, 13, 2624）。然而，重氮化合物具有非常高的反应活性，通常需要强吸电子基团来稳定，这限制了它们的底物范围和更广泛的应用。众所周知，烯炔酮化合物可以通过羰基对炔的亲核加成（5-endo-dig 环化）得到金属呋喃基卡宾，因此，烯炔酮化合物是合成各种取代的呋喃环骨架的有效前体，具有较好的化学选择性，高反应活性、官能团耐受性好、较好的原子经济性和反应条件温和等优点。近期，宋秋玲教授课题组报道了一种铜催化的高对映选择性和非对映选择性B-H插入反应，利用炔炔酮作为呋喃卡宾前体和2-芳基吡啶-硼烷衍生物反应构建邻位硼-碳双立体中心手性化合物（图1b）。关键的卡宾中间体是烯炔酮化合物可以通过羰基对炔的亲核加成原位生成的。该反应以廉价的铜盐作为催化剂，起始材料易于获得，具有广泛的底物范围以及优异的对映选择性和非对映选择性，将对炔烃化学和羰基化学的发展具有重要的促进意义。
图1. 铜催化高非对映-对映选择性插入反应构建碳-硼双中心手性化合物（图片来源：ACS Catal. ）
作者用1a-d2进行了氘代标记实验来证明这种氢转移过程 (图 1 c)。产物3aa-d2中的所有氘原子分散在苄位碳原子上和硼原子上。并做了动力学同位素效应 (KIE) 实验 (kH/kD = 1.8) (图1 d)。基于标记实验，提出了一种合理的机制来解释这种插入反应 (图1 e)。在这些转化中，BOX配体(L1)与Cu(MeCN)4PF6的初始配位提供手性铜A。底物的炔部分被手性铜激活得到B，然后羰基氧原子通过5-endo-dig 环化亲核进攻炔产生两性离子中间体C或其共振式D。随后，卡宾中间体D与硼烷1a的反应将经历一个三元环过渡态E，从而得到最终产物3aa。
本文研究了铜催化2-芳基吡啶硼烷与烯炔酮类卡宾前体发生不对称B-H键插入反应，构建一系列邻位碳-硼双立体中心手性化合物，具有较高的对映选择性和非对映选择性。
该研究成果近期发表在ACS Catalysis上，论文通讯作者为福州大学宋秋玲教授，本研究工作的第一作者是福州大学博士研究生张观，硕士研究生蔡信平、贾峻一、冯博凡、福州大学杨凯副研究员也做出了重要贡献。该研究工作得到了福州大学和国家自然科学基金的大力支持。
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