环状化合物在有机界有着举足轻重的地位，绝大多数有机化合物分子中存在着一个或多个环状片段。其中，七元环化合物广泛存在于天然产物和药物分子中，是一类非常有用的骨架及中间体。由于该类化合物存在环张力，特别是手性七元环的合成面临着不小的挑战。近日，上海交通大学的张万斌团队通过开发全新的廉价金属镍催化体系，合成了一系列手性七元环化合物，并对反应机理进行深入研究。

在过去的几十年里，科学家们已经开发了多种构筑环状骨架的方法，著名的有 Diels-Alder 反应、偶极环加成反应、关环烯烃复分解反应等等。其中扩环反应由于具有原子经济性好、反应条件温和等优点，因而是一类非常有用的方法。在扩环反应中，烯基取代的小环化合物如三元环或四元环，可以利用其环张力作为反应的驱动力来合成扩张两个原子的五元环或六元环化合物(n+2)型，因而被广泛研究。当烯基取代的五元环作为原料进行扩环反应时，由于底物几乎没有环张力，因而反应活性大为降低。此外，(n+2)型扩环反应的不对称催化报告极少，而利用五元环的(n+2)型扩环反应合成手性化合物时，则该反应更具有挑战性。

张万斌课题组一直以来致力于过渡金属催化有机硼试剂对亚胺的不对称加成研究。在其开发廉价金属催化烯基硼酸对亚胺不对称加成反应过程中，发现廉价金属镍/手性双噁唑啉催化体系可以成功实现烯基硼酸对亚胺的不对称加成/扩环反应。该反应可以得到一系列手性七元环磺酰胺类化合物。在对该反应的底物和烯基硼酸进行详细探究后，作者发现该反应的区域选择性可以由形成大共轭产物或位阻来控制。当形成大共轭位阻控制时，氮原子总是迁移至烷基取代基旁边（图1）；而位阻控制时，氮原子则迁移至位阻较小的直链取代基旁边（图2）。有意思的是，手性位置的取代基来源于底物以及烯基硼酸时，产物的手性正好相反（图1 Part i~iii vs Part iv）。

图1. 大共轭控制的不对称加成/扩环反应

图2. 位阻控制的不对称加成/扩环反应

机理研究表明，该反应首先是进行了一步不对称加成反应。随后在酸（Lewis酸或Brønsted 酸）的作用下形成碳正离子中间体并且氮负离子迁移形成七元环产物（图3），该过程是一个立体专一性的过程。由于形成的碳正离子和双键共轭，可以避免键旋转导致消旋的情况，重排过程中手性保持不变。这一点作者也通过 DFT 理论计算进行了证实，碳氮键形成的过程没有任何能垒，而键旋转导致消旋的的过程则都有较高能垒。

图3. 可能的反应机理

这一成果近期发表在 Nature Communications 上，文章的第一作者是上海交通大学博士权茂。