由香港科技大学(科大)化学系助理教授全杨健教授率领的研究团队,在有机合成领域取得最新突破,成功开发出名为「纠缠双位点迁移」的新型机制。此机制将传统单位点迁移,扩展成沿着碳链同时发生的双位点协同迁移,为科学家提供前所未有的工具,以更精准地控制复杂分子结构的构筑。
化学迁移反应是有机合成中不可或缺的工具,能在分子骨架上实现远程位点的精准修饰。然而,传统的迁移模式普遍局限于单一位点的移动。要实现分子内两个远端位点的协同迁移,并同时精准控制两个迁移中心的化学选择性、区域选择性及立体选择性,一直是科学界悬而未决的挑战。
为突破此局限,科大团队提出了一个关键构想:利用含两个B-H单元的硼阳离子物种,通过双硼氢化反应,形成一个能连接两个远端碳位点的硼杂环「桥梁」。透过「先收缩后扩张」或「先扩张后收缩」的逐步迁移机制,硼环在诱导基团的驱动下沿碳链移动,最终以优异区域选择性和非对映选择性产出热力学最稳定的产物。
为验证此技术的可行性,研究团队以(2-环丁基乙烯基)苯与1,3-二甲基咪唑-2-亚基硼烷为模型底物,在硼阳离子催化下,成功以80%的产率获得硼环迁移产物。团队亦透对照实验、中间体分离和鉴定以及理论计算,验证了「先收缩后扩张」或「先扩张后收缩」两种可能的迁移路径,为「纠缠双位点迁移」机制提供了有力的证据。
此项研究由科大化学系独立完成,并已于《自然(Nature)》期刊发表。论文第一作者为化学系博士生朱正,他完成了主要的实验部分。理论计算部分由博士生张沛琪和林振阳教授完成;论文通讯作者为全杨健教授。
回顾此研究成果,全教授表示:「这项『硼环重排』研究,代表了更高维度的迁移范例,将传统的单位点迁移拓展为沿着碳链的双位点协同迁移。我们相信,透过『纠缠』策略控制两个远端位点的化学、区域及非对映选择性,能为其他双位点修饰过程的研究提供重要参考,并为合成化学领域的的未来发展开辟更多可能。」

科大化学系助理教授全杨健教授 (中)领导的研究团队合照。左为博士生朱正,右为博士生张沛琪。

硼环双位点迁移示意图。