上海有機(jī)所發(fā)展有機(jī)催化新模式：雙試劑手性離子對(duì)催化
文章來源： | 發(fā)布時(shí)間：2016-11-16 | 【打印】 【關(guān)閉】
近日，上海有機(jī)所的中科院天然有機(jī)合成化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙剛課題組通過研究發(fā)展出了雙試劑手性離子對(duì)的催化策略，該策略基于廉價(jià)、易得的天然手性源（如氨基酸、生物堿），設(shè)計(jì)、合成了一系列新型手性有機(jī)催化劑，并將其作為手性Br?nste酸或Lewis堿應(yīng)用于不對(duì)稱催化Strecker等類型的反應(yīng)，取得優(yōu)異的產(chǎn)率、對(duì)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(jī)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(diǎn)，但同時(shí)具有反應(yīng)底物普適性差的缺點(diǎn)。使用低分子量的有機(jī)化合物模擬酶的催化活性、選擇性以及揭示其催化機(jī)制，始終是化學(xué)和生物學(xué)研究者認(rèn)識(shí)自然，并服務(wù)于社會(huì)的不竭動(dòng)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(diǎn)同時(shí)克服其缺點(diǎn)的結(jié)構(gòu)多樣的有機(jī)小分子催化劑庫，從而實(shí)現(xiàn)“源于自然，優(yōu)于自然”人工酶催化劑的目標(biāo)。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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙剛課題組基于廉價(jià)、易得的天然手性源（如氨基酸、生物堿），設(shè)計(jì)、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(jī)小分子催化劑。它們能夠高效、高對(duì)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(gè)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(duì)稱有機(jī)反應(yīng)，但同時(shí)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(jì)、合成手性有機(jī)膦與丙烯酸酯組成的一類雙試劑的手性離子對(duì)，并將其作為手性Br?nste酸或Lewis 堿應(yīng)用于不對(duì)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(duì)映選擇性，該類反應(yīng)具有低催化當(dāng)量以及反應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn)。初步揭示的反應(yīng)機(jī)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(duì)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(xiàng)目的資助。
圖-2：雙試劑手性離子對(duì)催化
