我系史炳锋/周涛团队联合上海有机所薛小松JACS：基于手性阳离子策略的双功能膦氧-氰基配体助力的铱催化不对称碳氢键活化
近年来，过渡金属催化的不对称碳氢键活化为手性分子的构建提供了高效的方法，其中，CpM(III) (M = Co, Rh, Ir, Cp = 环戊二烯基)催化剂因其出色的反应活性和可靠性，而受到广泛关注和应用。然而，已有的策略主要依赖手性CpX配体，手性羧酸配体以及特殊的手性阴离子配体(图1a）。常见的乙腈配位的[Cp*M(III)(CH3CN)3]²⁺阳离子物种在诸多碳氢键活化反应中通常表现出更优异的反应活性。受此启发，作者设想设计和发展一类由电中性手性双功能配体构建的手性阳离子型Cp*M(III)配合物来催化不对称碳氢键活反应(图1b）。
为验证该策略的应用潜力，作者将其用于手性氮杂螺烯的合成研究。螺烯具有独特的非平面扭转骨架和高度离域的电子共轭体系，在材料科学、光物理研究、分子识别等领域具有潜在的应用价值。氮原子的引入能有效调控螺烯化合物的电子效应、氧化还原行为和分子间相互作用，进而提升其在有机发光二极管（OLED）和圆偏振发光（CPL）器件等领域的应用性能(图1c）。尽管对螺烯的合成研究已超过百年，但光学纯螺烯的制备仍依赖于外消旋体的拆分或非对映选择性合成。近几十年来，不对称催化，尤其是不对称碳氢键活化策略，为手性螺烯的合成带来了新的机遇。然而，迄今为止，针对氮杂螺烯（尤其是含吡唑单元的螺烯）的通用的对映选择性一步合成方法仍鲜有报道。
近日，我系史炳锋/周涛团队和上海有机所薛小松团队合作，利用非手性 Cp*tBuIr(III) 催化剂和手性膦氧-氰基配体的催化体系，成功实现了对映选择性碳氢键活化/环化反应，高效合成了一系列含吡唑的二氮杂[6]螺烯(图1d）。
图1. CpM(III)催化的不对称碳氢键活化及手性氮杂螺烯的合成
该方法展现出优秀的底物普适性与官能团兼容性：多种不同官能团及不同位点取代的二芳基乙炔和3-(菲-4-基)-1H-吲唑衍生物均能以中等至优秀的产率得到目标的螺烯化合物，并获得良好的对映选择性。此外，所合成的二氮杂[6]螺烯具有较低的翻转能垒以及优良的光学性质，后者体现出产物在相关领域的潜在应用价值。机理实验和DFT计算表明，碳氢键活化是反应的对映决定性步骤，并揭示了一种新型的由手性氰基配体参与的CMD机理（图2）。本研究为使用非手性Cp*M(III)催化剂实现不对称碳氢键官能化反应提供了一个新的模式。
图2. DFT计算结果
该研究成果近期发表于Journal of the American Chemical Society，论文的第一作者为浙江大学博士研究生陈紫嘉、博士后袁文揆以及上海有机所博士后杨吉民，论文的通讯作者为浙江大学史炳锋教授、周涛副研究员与上海有机所薛小松研究员。
原文：
A Chiral Cation Strategy for Ir(III)-Catalyzed Enantioselective C–H Activation Enabled by a Bifunctional Neutral Ligand
Zi-Jia Chen†, Wen-Kui Yuan†, Jimin Yang†, Ke-Xin Kong, Fei Yao, Lei Wang, Zheng-Yang Yan, Xiao-Song Xue*, Tao Zhou*, Bing-Feng Shi*
J. Am. Chem. Soc. 2026, 148, 7973−7982. DOI: 10.1021/jacs.5c23187.
导师简介：
史炳锋，浙江大学求是特聘教授，博士生导师，2019年国家杰出青年基金获得者、2025年国家杰青延续资助获得者。2001年本科毕业于南开大学化学系；2006年博士毕业于中科院上海有机所；2006-2010年先后在University of California at San Diego, The Scripps Research Institute进行博士后研究；2010年5月加入浙江大学化学系。入选教育部青年人才计划和浙江省万人计划，曾获Merck Lectureship Excellence in Chemistry Research，中国化学会青年手性化学奖，药明康德生命化学研究奖，日本化学会Distinguished Lectureship Award，Thieme Chemistry Journal Award，浙江大学沈善洪杰出青年学者奖等奖励。现任美国化学会The Journal of Organic Chemistry副主编和多个期刊编委，兼任中国化学会理事，浙江省化学会常务理事，中国化学会有机化学学科委员会、物理有机化学专业委员会、磷化学专业委员会和奖励工作委员会委员等。主要从事惰性碳氢键的精准催化转化和不对称合成研究。
个人主页：https://person.zju.edu.cn/bfshi
编辑：黄珍珍 邹尔纯
审核：陆展