上海有機所發(fā)展有機催化新模式：雙試劑手性離子對催化
文章來源： | 發(fā)布時間：2016-11-16 | 【打印】 【關(guān)閉】
近日，上海有機所的中科院天然有機合成化學(xué)重點實驗室趙剛課題組通過研究發(fā)展出了雙試劑手性離子對的催化策略，該策略基于廉價、易得的天然手性源（如氨基酸、生物堿），設(shè)計、合成了一系列新型手性有機催化劑，并將其作為手性Br?nste酸或Lewis堿應(yīng)用于不對稱催化Strecker等類型的反應(yīng)，取得優(yōu)異的產(chǎn)率、對映選擇性。該研究成果已發(fā)表在國際知名期刊Nature Communications上（論文鏈接)。
圖-1：氨基酸衍生的手性有機催化劑
眾所周知，生命過程中酶催化的化學(xué)反應(yīng)具有條件溫和、立體專一性、高的催化活性等優(yōu)點，但同時具有反應(yīng)底物普適性差的缺點。使用低分子量的有機化合物模擬酶的催化活性、選擇性以及揭示其催化機制，始終是化學(xué)和生物學(xué)研究者認識自然，并服務(wù)于社會的不竭動力和追求。
從酶最基本的結(jié)構(gòu)單元氨基酸出發(fā)，經(jīng)過簡單化學(xué)轉(zhuǎn)化發(fā)展出具有酶催化劑的優(yōu)點同時克服其缺點的結(jié)構(gòu)多樣的有機小分子催化劑庫，從而實現(xiàn)“源于自然，優(yōu)于自然”人工酶催化劑的目標。在此研究思路基礎(chǔ)上，中科院天然產(chǎn)物合成化學(xué)重點實驗室趙剛課題組基于廉價、易得的天然手性源（如氨基酸、生物堿），設(shè)計、合成了一系列新型手性伯胺-仲胺、伯胺-叔胺、伯胺-膦、叔胺-硫脲、含氫鍵相轉(zhuǎn)移催化劑等有機小分子催化劑。它們能夠高效、高對映選擇性催化碳-碳鍵、碳-氧鍵以及碳-氟鍵形成等反應(yīng)，催化多組分串聯(lián)反應(yīng)一步形成多個手性中心并且反應(yīng)具有較廣的底物普適性，其中一些反應(yīng)方法學(xué)已應(yīng)用于復(fù)雜天然產(chǎn)物的合成及手性藥物及其中間體的合成，具有較好的應(yīng)用前景。
親核性膦催化方法廣泛地應(yīng)用于不對稱有機反應(yīng)，但同時存在親核性膦催化劑的催化當(dāng)量較高、反應(yīng)類型較窄等問題?；诎被嵩O(shè)計、合成手性有機膦與丙烯酸酯組成的一類雙試劑的手性離子對，并將其作為手性Br?nste酸或Lewis 堿應(yīng)用于不對稱催化Mannich（Angew. Chem. Int. Ed. 2015，54, 1775）和 Strecker (Nature Communications, 2016, 7, 12720)等類型反應(yīng)中，取得優(yōu)異的產(chǎn)率、對映選擇性，該類反應(yīng)具有低催化當(dāng)量以及反應(yīng)時間短的特點。初步揭示的反應(yīng)機理，可以觀察到手性非線性效應(yīng)在同一反應(yīng)中隨底物不同而變化。
該課題組所發(fā)展出來的雙試劑手性離子對的催化策略和概念拓展了手性膦催化反應(yīng)的范圍，可能帶來新的反應(yīng)與應(yīng)用。上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、上海市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人項目的資助。
圖-2：雙試劑手性離子對催化
