碳硼烷作為苯環(huán)的三維類似物，是由碳?xì)浜团饸漤旤c(diǎn)組成的籠狀分子，在醫(yī)藥、能源和材料等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。在鄰-碳硼烷高度對(duì)稱的二十面體上引入取代基可以降低分子對(duì)稱性，從而實(shí)現(xiàn)硼籠手性。不對(duì)稱催化作為獲取單一對(duì)映體的重要方法，在中心手性、平面手性、軸手性、螺環(huán)手性的構(gòu)建方面都取得了豐碩的成果，然而對(duì)于手性三維籠狀結(jié)構(gòu)化合物的直接不對(duì)稱合成，目前仍是一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)。
中科院上海有機(jī)所滬港化學(xué)合成聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室謝作偉課題組長期致力于過渡金屬催化的碳硼烷B-H鍵可控官能團(tuán)化研究（Acc. Chem. Res. 2021, 54, 4065）。該研究團(tuán)隊(duì)在前期發(fā)展的鈀催化分子內(nèi)B-H不對(duì)稱芳基化基礎(chǔ)上 （J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 4508），利用銥催化鄰-碳硼烷的分子間B-H鍵不對(duì)稱烯基化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了一系列chiral-at-cage籠手性碳硼烷的高效構(gòu)建（Nat. Commun. 2021, 12, 7146）。
該反應(yīng)基于鄰-碳硼烷分子上獨(dú)特的電性分布，利用C(1)-乙酰胺導(dǎo)向基和Ir催化劑的共同作用首先實(shí)現(xiàn)烯基化過程對(duì)B(4/5)-位優(yōu)秀的區(qū)域選擇性；亞磷酰胺配體的使用可以進(jìn)一步控制(R)-B(4)-H和(S)-B(5)-H鍵活化之間的對(duì)映選擇性，在溫和的反應(yīng)條件下以高達(dá)99%的分離收率和99% ee的對(duì)映選擇性高效構(gòu)建含有新型手性硼籠骨架的烯基化產(chǎn)物。DFT計(jì)算表明在鄰-碳硼烷的不對(duì)稱B-H鍵活化關(guān)鍵步驟中，手性配體的參與造成了過渡態(tài)TS-S 的能量較TS-R 降低了4.1 kcal/mol，進(jìn)一步驗(yàn)證了催化過程的對(duì)映選擇性。該項(xiàng)工作發(fā)展了首個(gè)金屬催化分子間不對(duì)稱B-H鍵官能團(tuán)化過程，將不對(duì)稱合成的潛力拓展到了傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)以外的手性硼籠領(lǐng)域。
該工作得到國家自然科學(xué)基金委、上海市科委和香港研究資助局的大力支持。
圖 銥催化B-H不對(duì)稱烯基化反應(yīng)與過渡態(tài)理論計(jì)算
