香港科技大學(科大)化學系助理教授全楊健教授率領的研究團隊,在有機合成領域取得最新突破,成功開發出名為「糾纏雙位點遷移」的新型機制。此機制將傳統單位點遷移,擴展成沿著碳鏈同時發生的雙位點協同遷移,為科學家提供前所未有的工具,以更精準地控制複雜分子結構的構築。

 

化學遷移反應是有機合成中不可或缺的工具,能在分子骨架上實現遠程位點的精準修飾。然而,傳統的遷移模式普遍局限於單一位點的移動。要實現分子內兩個遠端位點的協同遷移,並同時精準控制兩個遷移中心的化學選擇性、區域選擇性及立體選擇性,一直是科學界懸而未決的挑戰。

 

為突破此局限,科大團隊提出了一個關鍵構想:利用含兩個B-H單元的硼陽離子物種,通過雙硼氫化反應,形成一個能連接兩個遠端碳位點的硼雜環「橋樑」。透過「先收縮後擴張」或「先擴張後收縮」的逐步遷移機制,硼環在誘導基團的驅動下沿碳鏈移動,最終以優異區域選擇性和非對映選擇性產出熱力學最穩定的產物。

 

為驗證此技術的可行性,研究團隊以(2-環丁基乙烯基)苯與1,3-二甲基咪唑-2-亞基硼烷為模型底物,在硼陽離子催化下,成功以80%的產率獲得硼環遷移產物。團隊亦透對照實驗、中間體分離和鑒定以及理論計算,驗證了「先收縮後擴張」或「先擴張後收縮」兩種可能的遷移路徑,為「糾纏雙位點遷移」機制提供了有力的證據。

 

此項研究由科大化學系獨立完成,並已於《自然(Nature)》期刊發表。論文第一作者為博士生朱正,他完成了主要的實驗部分;理論計算部分由博士生張沛琪和林振陽教授完成;論文通訊作者為全楊健教授。

 

回顧此研究成果,全教授表示:「這項『硼環重排』研究,代表了更高維度的遷移範例,將傳統的單位點遷移拓展為沿著碳鏈的雙位點協同遷移。我們相信,透過『糾纏』策略控制兩個遠端位點的化學、區域及非對映選擇性,能為其他雙位點修飾過程的研究提供重要參考,並為合成化學領域的的未來發展開闢更多可能。」

 

科大化學系助理教授全楊健教授(中)領導的研究團隊合照。左為博士生朱正,右為博士生張沛琪。

 

硼環雙位點遷移示意圖。

科研發現