中国科学院(CAS)中国科学技术大学(USTC)的研究人员及其合作者开发了一种创新的手性硼基自由基催化方法，能够实现不对称催化自由基环异构化反应。该研究发表在《科学》杂志上。

手性是指对称但不可叠加的性质。相应地，每种手性化合物都有对映体，在空间结构上呈现镜像对称性，但化学性质不同。不对称催化是合成手性化合物的重要方法。

现有用于实现不对称催化的催化剂存在成本高、反应条件严格、容易产生污染等问题。然而，自由基催化剂表现出较高的反应效率和选择性，但寿命短、前体合成具有挑战性且催化模式相对有限。因此，实现手性自由基介导的不对称催化仍然是一个挑战。

为了应对这一挑战，研究人员基于之前对有机硼基自由基性质的研究，设计了一类新型的易于修饰的手性N-杂环卡宾(NHC)连接的硼基自由基作为催化剂。他们利用不饱和烃加成的可逆性原理，开发了一种新型的不对称环异构化反应机理和催化循环。这些手性硼基自由基前体具有制备简单、结构多样、易于修饰等特点，为反应中手性的控制奠定了基础。

手性硼基自由基通过协调四个基本步骤构建硼基自由基催化循环，即选择性加成到炔烃、氢原子转移、分子内环化和消除，表现出优异的催化能力。在自由基环化步骤中，NHC上的手性组分建立了手性环境，从而控制自由基中间体的对映选择性。

此外，研究人员利用量子化学计算、电子顺磁共振波谱和氘标记实验等多种方法来阐明催化反应机理和立体选择性的来源。这种对催化过程的精确控制为未来基于人工智能的催化剂设计奠定了理论基础。

该工作不仅首次展示了硼基自由基催化在不对称合成中的强大能力，而且对其他主族元素自由基催化剂及其不对称催化反应的发展具有启发和推动作用。它为手性功能分子的合成提供了全新的设计范式和催化模式。