专栏名称: X-MOL资讯

“X-MOL资讯”关注化学、材料和生命科学领域的科研进展，坚持“原创、专业、深度、生动”，发文频率和质量广受好评。公众号菜单提供“期刊浏览、职位查询、物性数据”等丰富内容和强大功能，深得用户喜爱，入选“2016 年度学术公众号TOP10”。

南科大何川组、中南民大张华组Nat. Commun.：催化不对称碳氮偶联构建硼手性3-胺基-BODIPY

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2025-01-18 08:09

正文

BODIPY（氟硼二吡咯）是一类重要的荧光染料，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，被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。将胺基引入BODIPY的α位，可得到3-胺基-BODIPY。此类化合物在生物成像、荧光探针、内质网靶向试剂以及红光OLED等方面有着重要应用，引起了广泛关注。尽管对具备手性传感和标记功能的手性荧光材料的需求日益增长，手性3-胺基-BODIPY的研究仍相对有限，前人的研究主要集中在边缘手性的3-胺基-BODIPY。迄今为止，硼手性3-胺基-BODIPY没有报道（图1a）。鉴于这些化合物在生物标记、荧光成像及其他领域的巨大潜力，开发高效的催化不对称方法合成硼手性3-胺基-BODIPY具有重要的科学和应用价值。

南方科技大学何川 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，该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，该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）。近期，该课题组通过去对称Suzuki偶联反应，并以此为关键步骤开发了一条多取代硼手性BODIPY模块化构筑的高效合成路线（ Nat. Chem . 2025 , 17 , 83）。在这些研究的基础上，近日该课题组和 中南民族大学张华 课题组报道了 钯催化不对称碳氮偶联反应，高效、高对映选择性实现了3-胺基-BODIPY的构建。 相关研究成果发表在《自然通讯》（ Nature Communications ）上。文章的共同第一作者是中南民族大学硕士研究生 占保权 （现为南方科技大学研究助理）和南方科技大学博士研究生 任李庆 。

图1. 研究背景和硼手性3-胺基-BODIPY的合成

作者设想通过二卤代BODIPY催化去对称化碳氮偶联反应有可能实现硼手性3-胺基-BODIPY的构建。然而，该反应的挑战性在于：1）二卤代BODIPY底物直接与亲核试剂发生芳香亲核反应生成副产物；2）二卤代BODIPY与胺类底物在不需要催化剂的参与下发生背景反应生成消旋产物；3）二卤代BODIPY底物与胺类底物发生过反应生成非手性产物（图1b）。

作者在经过一系列反应条件的筛选和优化后，确定了最优反应条件。在最优反应条件下，作者首先考察了胺类底物的适用范围（图2）。结果表明，无论是给电子基团（如甲氧基、二苯胺基等）或吸电子基团（如酯基、三氟甲基、氰基等）取代的苯胺都能顺利发生反应，得到了优异的收率（71-99%）和对映选择性（83-99% ee ）（ 3a-3g ）。此外，含有炔基、羟甲基和卤素取代的苯胺以及多取代苯胺都能很好地兼容该反应（ 3h-3p ）。稠环芳胺、杂环芳胺、酰胺和亚砜亚胺类底物也表现出了良好的反应性和对映选择性（ 3q-3aa, 3ad ）。特别地，N-Boc和N-Cbz保护的胺均高对映选择性生成了相应的产物（ 3ab, 3ac ）。该方法也能成功实现高对映选择性的1,4-双苯基二胺桥联BODIPY二聚体的催化不对称合成（ 3ae ）。

图2. 胺类底物普适性的考察

随后，作者考察了BODIPY类底物的适用范围（图3）。不同芳基取代的BODIPY顺利进行了碳氮偶联反应，高收率和高对映选择性的得到了3-胺基BODIPY（ 4a-4d ）。值得注意的是，反应过程中，meso位芳环上的C–Cl键保持不变（ 4b ）。不同取代基（如萘基、4-氟苯基、噻吩基等）对反应表现出良好的耐受性（ 4e-4i ）。甲氧基和4-氰基苯基的BODIPY表现出稍低的对映选择性（ 4g, 4j ）。

图3. BDOIPY类的底物普适性的考察

为了探索在合成方面的应用，作者进行了克级反应实验，以91%收率、94%对映选择性得到了1.26 g的 3a （图4）。作者进一步对产物进行了一系列的转化反应研究。结果显示， 3a 在Pd(OAc ) ₂ /Xphos或者Pd(OAc ) ₂ /Sphos催化下，能与芳基胺、烷基胺或者芳基硼酸反应，得到新的对映选择性保持的双取代硼中心手性BODIPY（ 5a-5h , 94% ee ）。

图4. 应用转化

最后，作者对获得的硼手性BODIPY进行了光物理性质的测试（图5）。与3-胺基-BODIPY（ 3a 、 3r 和 3y ）相比，3,5-二胺基BODIPY（ 5c 、 5e ）的最大吸收波长和最大发射波长表现出明显的红移（图5a，b）。特别地，化合物 3r 、 5c 和 5h 发射最大值位于近红外一区（NIR-I）。化合物 3r 、 5g 、 5h 及其对映体的基态圆二色谱（CD）呈现出明显的镜像关系，并在512、565和556 nm处展现出明显的科顿效应（图5c）。反映手性化合物激发态性质的圆偏振光谱（CPL）也显示出了明显的信号（ 5g 和 5h ），这两个化合物在强度最大值波长处（634 nm和648 nm）的不对称因子分别是2.6×1 0 ^-4 和4.5×1 0 ^-4 （图5d）。

图5. 光物理性质谱图

小结

南方科技大学何川课题组和中南民族大学张华课题组从二卤代BODIPY出发，利用催化去对称化策略，实现了钯催化的不对称碳氮偶联反应，高效、高对映选择性实现了3-胺基-BODIPY的构建。该硼手性3-胺基-BODIPY在手性光电材料等领域有着广泛的应用前景。该工作为硼手性3-胺基-BODIPY的首次报道。

相关成果近期发表在 Nature Communications 上， 中南民族大学 为第一通讯单位，共同通讯作者为南方科技大学何川副教授和中南民族大学张华教授。论文的共同第一作者是中南民族大学硕士研究生 占保权 （现为南方科技大学研究助理）和南方科技大学博士研究生 任李庆 ，硕士研究生 赵佳怡 对研究工作做出了重要贡献。南方科技大学公共分析测试中心为光物理测试提供了便捷的技术支持平台。上述研究工作得到了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的大力支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Catalytic asymmetric C-N cross-coupling towards boron-stereogenic 3-amino-BODIPYs

Baoquan Zhan, Li-Qing Ren, Jiayi Zhao, Hua Zhang & Chuan He

Nat. Commun ., 2025 , 16 , 438, DOI: 10.1038/s41467-024-55796-5

何川课题组诚聘博士后

课题组网站：http://faculty.sustech.edu.cn/hec/

联系方式：[email protected]

2018年课题组成立以来，我们围绕特色杂原子中心手性（硅、硼、锗、硫等）的高效构建，以及相关杂原子手性分子功能和应用的探索，开展了一系列的研究工作。目前已经有了充分的积累和良好的进展。我们非常欢迎具有科研理想、创新能力、勤奋努力的同学和有志之士加入本课题组，共同奋斗和成长。我们诚挚邀请所有优秀的申请者在方便的时候到深圳实地访问参观我们学院和实验室。

何川课题组简介

何川博士，南方科技大学化学系研究员，博士生导师，PI；国家优秀青年基金获得者、国家特聘青年专家、广东省珠江青年拔尖人才、深圳市高层次人才、深圳市优秀科技创新人才“杰青项目”获得者。

南科大何川组、中南民大张华组Nat. Commun.：催化不对称碳氮偶联构建硼手性3-胺基-BODIPY

正文

请到「今天看啥」查看全文