近日，南方科技大学化学系研究员/副教授何川课题组研究了高化学选择性和高对映选择性的去对称 Suzuki 偶联反应，并以此为关键步骤实现了一条多取代硼手性 BODIPY 模块化构筑的高效合成路线。相关研究成果以“Modular enantioselective assembly of multi-substituted boron-stereogenic BODIPYs”为题，发表在国际学术期刊《自然·化学》（Nature Chemistry）上。

BODIPY（氟硼二吡咯）是一种由双吡咯螯合形成的 N,N-π- 共轭四配位有机硼化合物。作为一种重要的荧光染料，BODIPY 因其具有优异的光物理性能、良好的生物相容性以及易于合成和修饰等优点，广泛应用于荧光探针、生物成像、光电材料和光催化剂等领域。然而，具有硼中心手性的 BODIPY 化合物迄今为止仅有少量研究，且大部分通过手性拆分获得，催化不对称合成硼手性 BODIPY 依然面临诸多挑战。这些挑战包括：1）结构多样性受到限制；2）有效的合成方法稀缺；3）由于四配位硼化合物构型的不稳定性，控制其硼中心手性的立体选择性一直是长期存在的挑战。在此背景下，开发高效的催化不对称方法以构建结构多样性的硼手性 BODIPY，具有重要的科学和应用价值。

何川课题组长期致力于杂原子（硅、锗、硼、硫等）手性化合物的合成与应用研究。2021年，课题组首次通过分子间不对称CuAAC反应，高效、高对映选择性地实现了硼中心手性化合物的催化不对称合成（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 16302）。2023年，课题组通过理论指导和实验验证，采用碳氢键活化的方法，成功实现了硼手性 BODIPY 的首次不对称催化合成（Nat. Synth. 2023, 2, 564）。在这些研究的基础上，本次研究提出了一种新的对映选择性模块化构建硼手性 BODIPY 的高效策略（图1）。

图1 模块化对映选择性组装多取代硼手性 BODIPY

在优化的反应条件下，研究团队分别对手性 BODIPY 骨架的五个位点进行了底物普适性考察（图2）。在C3位置，各种商业可得的芳基硼酸、苯乙烯基硼酸、苯乙炔基硼酸衍生物、烷基硼酸均能在最优反应条件下表现出良好的兼容性。在C8位置，各种吸电子、给电子的芳环、芳杂环均能兼容。通过三氟硼酸钾盐或者硼氟键的修饰，能够快速获得B4位置官能团化的前手性底物，在该反应中均表现出良好的兼容性，生成一系列硼手性 C-C-BODIPY 和 C-O-BODIPY。此外，产物3a的C5位还可以进一步后修饰，构建多种官能团取代的结构多样性硼手性 BODIPY。研究团队还对这些化合物的光物理性质进行了详细研究，包括吸收光谱、发射光谱、荧光量子产率以及手性发光。

图2 底物扩展与后修饰，实现五个位点的模块化组装

该研究工作发展了高化学选择性和高对映选择性的去对称 Suzuki 偶联反应，并以此为关键步骤实现了多取代硼手性 BODIPY 的模块化高效构筑。这些新型硼手性 BODIPY 具有优良的光学性质，并在手性识别领域展现了广阔的应用前景。该方法为硼手性 BODIPY 的合成提供了新的途径，也为手性硼化学的研究开辟了新的发展方向。

论文的第一作者为南科大博士研究生任李庆、研究助理占保权。硕士研究生赵佳怡对研究工作做出了重要贡献，研究助理教授常晓勇在单晶衍射方面提供了指导，硕士研究生冯锐聪在光物理测试方面给予了帮助。南方科技大学为论文唯一通讯单位，何川为唯一通讯作者。上述研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、广东省催化重点实验室和深圳市科技创新委员会、南方科技大学公共分析测试中心的大力支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-024-01649-z