近日，研究院双聘教授刘心元、前沿与交叉科学研究院研究副教授顾强帅团队与浙江大学教授洪鑫团队合作，从反应机理的角度出发对手性配体进行理性设计，在不对称自由基交叉偶联反应领域取得了重要进展。研究成果以“基于反应机理的配体设计实现铜催化三级卤代烃与端炔的碳(sp³)–碳(sp)立体汇聚式交叉偶联反应（Mechanism-based ligand design for copper-catalysedenantioconvergentC(sp³)–C(sp) cross-coupling of tertiary electrophiles with alkynes）”为题，在《自然·化学》（Nature Chemistry）上发表。

自由基反应在合成化学、药物化学、材料化学和生命科学等领域应用广泛。但是自由基物种由于活性高、寿命短，极易导致非手性的背景反应，因此自由基反应的对映选择性控制极具挑战性，实现烷基自由基的不对称交叉偶联反应是当前手性化学的前沿研究领域之一。

刘心元教授团队在自由基不对称化学中发展了“手性阴离子铜单电子催化剂”的概念，通过多种手性控制模式实现了烷基自由基物种的对映选择性控制。2019年，团队利用铜/酰胺阴离子N,N,P-三齿手性配体，发展了外消旋二级卤代烷烃与端炔的不对称Sonogashira交叉偶联反应(Nat. Chem. 2019, 11,1158)（图A）。在此基础上，团队借助理论计算从反应机理的角度出发对手性配体进行了合理的系统改造，设计了小位阻手性配位中心与大位阻边臂支链相结合的酰胺阴离子N,N,N-三齿手性配体，通过自由基取代的路径解决了大位阻三级烷基自由基物种的手性控制难题，实现了外消旋三级卤代烷烃与端炔的不对称自由基交叉偶联反应（图B）。相关研究精准高效地构建了结构多样的手性季碳分子砌块（图C），为不对称自由基交叉偶联反应提供了新策略和新思路。

图：(A) 自由基物种的手性控制模式；(B) 基于反应机理的手性配体设计；(C)手性季碳分子砌块的精准构建。

南科大化学系研究副教授王福利、高级研究学者杨昌江和浙江大学合作者博士刘吉人为本文共同第一作者。刘心元、顾强帅和洪鑫为本文共同通讯作者。南科大为论文第一单位。研究团队成员杨宁远、董晓阳、江若琪、常晓勇、李忠良、徐国雄、苑岱雷和张于帅也为本文发表做出贡献。

以上研究获得国家自然科学基金项目、广东省广创团队、深圳市科创委重点项目和南科大高水平大学建设专项资金及南科大化学系等经费资助和支持。