碳硼烷作为苯环的三维类似物，是由碳氢和硼氢顶点组成的笼状分子，在医药、能源和材料等领域有着重要应用。在邻-碳硼烷高度对称的二十面体上引入取代基可以降低分子对称性，从而实现硼笼手性。不对称催化作为获取单一对映体的重要方法，在中心手性、平面手性、轴手性、螺环手性的构建方面都取得了丰硕的成果，然而对于手性三维笼状结构化合物的直接不对称合成，目前仍是一项重大的挑战。

中科院上海有机所沪港化学合成联合实验室谢作伟课题组长期致力于过渡金属催化的碳硼烷B-H键可控官能团化研究（Acc. Chem. Res. 2021, 54, 4065）。该研究团队在前期发展的钯催化分子内B-H不对称芳基化基础上 （J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 4508），利用铱催化邻-碳硼烷的分子间B-H键不对称烯基化反应，实现了一系列chiral-at-cage笼手性碳硼烷的高效构建（Nat. Commun. 2021, 12, 7146）。

该反应基于邻-碳硼烷分子上独特的电性分布，利用C(1)-乙酰胺导向基和Ir催化剂的共同作用首先实现烯基化过程对B(4/5)-位优秀的区域选择性；亚磷酰胺配体的使用可以进一步控制(R)-B(4)-H和(S)-B(5)-H键活化之间的对映选择性，在温和的反应条件下以高达99%的分离收率和99% ee的对映选择性高效构建含有新型手性硼笼骨架的烯基化产物。DFT计算表明在邻-碳硼烷的不对称B-H键活化关键步骤中，手性配体的参与造成了过渡态TS-S 的能量较TS-R 降低了4.1 kcal/mol，进一步验证了催化过程的对映选择性。该项工作发展了首个金属催化分子间不对称B-H键官能团化过程，将不对称合成的潜力拓展到了传统有机化学以外的手性硼笼领域。

该工作得到国家自然科学基金委、上海市科委和香港研究资助局的大力支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27441-y

图 铱催化B-H不对称烯基化反应与过渡态理论计算