有机硼化合物在有机合成中占重要地位，广泛应用于医药、功能材料、生物活性分子、合成方法学等领域，有机硼化合物具有丰富的转化能力，能够快速构建碳碳键以及碳杂键，例如Suzuki-Miyaura偶联反应、硼氢化反应、Cham-Lam偶联反应等。另一方面由于硼sp²具有空轨道，易于接受亲核试剂的进攻而得到四配位的亲核性的硼中间体，常见的模式中，由于具有离去基团从而导致进行迁移。在目前的手性硼化合物中，主要是硼的α碳的中心手性的化合物的构建，其他类型的手性硼化合物的报道很少。

学院宋秋玲教授课题组长期致力于硼化学的研究，在四配位硼化合物的转化与手性合成以及C-B轴手性化合物的合成中取得突出成果。在此背景下，该课题组近期与南方科技大学余沛源教授课题组合作发展了四配位硼介导下的催化动态动力学转化过程，实现了构型稳定的外消旋3-溴-2,1-硼氮杂萘与三氟硼酸钾在钯催化下进行的动态动力学不对称交叉偶联构建C-B轴手性化合物（图一上）。首先，零价钯对外消旋的3-溴-2,1-硼氮杂萘氧化加成，并进行阴离子交换得到中间体Ⅰ，钯上面的羟基迁移到硼上，形成四配位硼，从而导致了中间体Ⅰ的两种构型快速转化。然后再与三氟硼酸钾进行转金属，最后还原消除得到C-B轴手性化合物 （图一中）。该反应具有广泛的底物范围、高产率和高对映选择性，该反应也适用于邻C-B和C-C双轴手性化合物的合成（图一下）。该成果发表在Nature Communications上。学院宋秋玲教授与南方科技大学余沛源教授为论文的通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金和学院的大力支持。

“Construction of C-B axial chirality via dynamic kinetic asymmetric cross-coupling mediated by tetracoordinate boron”, Nat. Commun. 2023, 14, 4438.

https://doi.org/10.1038/s41467-023-40164-6

                        图一、四配位硼中间体介导的动态动力学不对称偶联反应构建C-B轴手性化合物

另一份工作中，该课题组注意力集中2,1-硼氮杂萘化合物的后续官能团化上，现有的2,1-硼氮杂萘化合物的C-H活化主要集中在亲电取代反应上。尽管这种策略很强大，但涉及过渡金属催化的2,1-硼氮杂萘化合物的C-H官能团化在文献中非常罕见。在近期的工作中，作者发现在钯和焦谷氨酸的共同催化下，科研成功实现对2,1-硼氮杂萘化合物的C-H键烯基化和烯丙基化。通过实验验证该反应是一个动力学拆分过程，因此该反应可以一步合成两种具有高对映选择性的C-B轴手性化合物（图二上）。该反应具有广泛的底物适用范围、高对映选择性、条件温和、操作简单等优点（图二中）。根据已有文献的报道，可以推测反应的机理可能是：首先钯和焦谷氨酸进行络合，然后进行C-H键活化得到中间体Ⅲ，随后中间体Ⅲ对烯烃进行迁移插入得到中间体Ⅳ，随后进行β-H消除，得到目标产物。通过更加细致的机理实验，发现在C-H键活化的步骤是该反应的立体选择性控制步骤（图二下）。该成果近期发表在Angew. Chem.上。论文的通讯作者为学院宋秋玲教授和杨凯副研究员，第一作者是学院博士生徐杰，硕士研究生邱卫华，张旭，吴智晗，和本科生张圳做了重要贡献。该研究工作得到了国家自然科学基金，福建省自然科学基金以及河南师范大学开放研究基金的大力支持。

“Palladium-Catalyzed Atroposelective Kinetic C−H Olefination and Allylation for the Synthesis of C−B Axial Chirality”, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202313388, doi.org/10.1002/anie.202313388。

https://doi.org/10.1002/anie.202313388

                               图二、钯催化的动力学不对称C-H键活化构建C-B轴手性化合物

在最新的一份工作中，作者把目标投向不对称[2+2+2]环加成反应。目前大多数不对称[2+2+2]环加成反应的底物采用对称的炔烃，对于非对称炔烃或腈类化合物，在反应过程中存在区域选择性和对映选择性控制的双重挑战，因此这类底物在不对称[2+2+2]环加成反应报道较少。通过对底物进行设计，作者合成了含有2,1-硼氮杂萘的二炔化合物，利用此类二炔化合物与不对称炔烃或腈类化合物进行反应，成功实现了高区域选择性和高对映选择性的C-B轴手性的构建（图三上）。为了弄清楚该反应的高区域选择性的来源，该团队与郑州大学蓝宇教授课题组合作进行了DFT计算（图三下），结果表明由于2,1-硼氮杂萘特殊的电子性质，致使该反应具有高区域选择性，同时DFT计算也阐明了该反应的对映选择性来源，以及该[2+2+2]环加成反应的机理。该反应具有广泛的底物范围、高区域选择性、中等以上产率和非常好的对映选择性（图三中）。通过该方法合成的C-B轴手性化合物可以进一步转化，并能很好地保持其对映选择性。该项成果近期发表在Chem上。学院宋秋玲教授、杨凯副研究员和郑州大学蓝宇教授为论文的通讯作者。学院硕士研究生王昊和郑州大学博士研究生乔博霖为论文的共同第一作者，学院硕士研究生朱吉德、郭火生、本科生张圳为实验部分做出重要贡献；郑州大学李世俊副教授为理论计算部分做出重要贡献。该研究工作得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金、学院以及河南师范大学开放研究基金的大力支持。

“Enantio- and regioselective [2 + 2 + 2] cycloaddition of BN-diynes for construction of C-B axial chirality”, Chem 2023, 10, 1–13, doi:

http://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.09.017

                                  图三、不对称[2+2+2]环加成反应构建C-B轴手性化合物

宋秋玲教授课题组不仅在C-B轴手性化合物的合成方面做出优秀工作，而且在手性四配位硼化合物的合成中也做出了重要工作，在2022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）。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。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。在该工作中，作者利用烯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了邻位硼-碳双立体中心手性化合物（图四 b）。关键的卡宾中间体由烯炔酮化合物中的羰基对炔基部分的亲核加成原位生成。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。同时通过细致的机理实验: 氘代标记实验 (图四 c), 动力学同位素效应 (KIE) 实验 (图四 d),  提出了一种合理的机制来解释这种插入反应 (图四 e)。该项成果发表在ACS Catalysis上。论文通讯作者为学院宋秋玲教授，本研究工作的第一作者是学院博士研究生张观，硕士研究生蔡信平、贾峻一、冯博凡、学院杨凯副研究员也做出了重要贡献。该研究工作得到了学院和国家自然科学基金的大力支持。

“Cu(I)-Catalyzed Highly Diastereo- and Enantioselective Constructions of Boron/Carbon Vicinal Stereogenic Centers via Insertion Reaction”, ACS Catal. 2023, 13, 9502-9508。

https://doi.org/10.1021/acscatal.3c02093

                                 图四、铜催化的B-H插入构建邻位硼-碳双立体中心手性化合物

有机硼化合物由于具有独特的性质以及丰富多样的后续转化，引起化学家们的广泛关注，已经成为合成领域一个重要的研究方向。在近期的一份工作中，宋秋玲教授课题组关注于四配位硼化合物的转化与应用。四取代单卤代烯烃（含F，Cl，Br，I）是许多具有生物活性的天然产物、药物和农用化学品中的重要分子骨架。此外，在合成领域，这类化合物也是非常重要的化学合成子，并已广泛用于过渡金属催化的交叉偶联反应，进一步产生多种多样其他有价值的四取代烯烃。炔烃或烯烃与常用卤化试剂发生反应是合成四取代烯基单卤化物的典型策略。然而，这种合成策略存在低反应性、高毒性以及苛刻的反应条件等问题。在该工作中设计合成炔基四配位硼，通过多重迁移反应，获得了一系列四取代单卤代烯烃（图五上）。这些反应所采用的亲电试剂具有价廉易得、经济实用等特点，并且在这个反应中不同的卤源致使炔基四配位硼可以发生两种不同的迁移模式（对于氟源（Selectfluoro）和氯源（TCCA）发生的是两次1, 2-迁移（图五中），而对于溴源（NBS）和碘源（NIS）则发生的是一次1, 2-迁移和一次1，3迁移（图五下）。同时，相应四取代单卤烯烃化合物可以通过发生的后续偶联反应实现多种多样的转化，快速、方便地构建含C-B、C-N、C-P、C-O、C-Si键等的四取代烯烃。

                                     图五、炔基四配位硼模块化构建四取代卤代烯烃

相关工作最近发表在国际著名期刊Chem上。上述研究工作得到了学院、国家自然科学基金委、福建省重点项目的大力支持。本份工作的第一作者是学院博士研究生马星星，通讯作者是宋秋玲教授。硕士研究生李罗，谭梦娓，钟子豪，梁锦超和李普辉对这份工作也做了很大的贡献。

   “Modular assembly of versatile tetrasubstituted alkenyl monohalides from alkynyl tetracoordinate borons”, Chem 2023, 9, 1164-1181。

       https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.01.005