自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)基是(shi)具(ju)(ju)有(you)未(wei)(wei)成(cheng)对单电(dian)子的(de)(de)高(gao)(gao)活(huo)性中(zhong)(zhong)间体,小到(dao)(dao)生命体,大(da)到(dao)(dao)广袤宇宙中(zhong)(zhong)无(wu)处不在。自(zi)(zi)(zi)1900年(nian)确(que)定结构(gou)以(yi)来(lai)(lai),自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)基化(hua)(hua)(hua)学(xue)在合成(cheng)化(hua)(hua)(hua)学(xue)、生物(wu)学(xue)、药学(xue)以(yi)及材料(liao)学(xue)等领域中(zhong)(zhong)发挥了重(zhong)要(yao)作用(yong)。由(you)(you)于自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)基具(ju)(ju)有(you)极高(gao)(gao)的(de)(de)活(huo)性,实(shi)现其(qi)选(xuan)择性转(zhuan)化(hua)(hua)(hua)具(ju)(ju)有(you)巨大(da)挑战,尤其(qi)是(shi)在高(gao)(gao)立体选(xuan)择性构(gou)建手(shou)性分(fen)子方面,已成(cheng)为当前化(hua)(hua)(hua)学(xue)领域的(de)(de)一个重(zhong)要(yao)研究方向(xiang)。自(zi)(zi)(zi)上世纪八十(shi)年(nian)代自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)基立体选(xuan)择性控制(zhi)受(shou)到(dao)(dao)广泛关注以(yi)来(lai)(lai),国(guo)内外(wai)化(hua)(hua)(hua)学(xue)家(jia)相继发展(zhan)了诸如有(you)机小分(fen)子催化(hua)(hua)(hua)剂(ji)(ji)、过渡金属(shu)催化(hua)(hua)(hua)剂(ji)(ji)、路易斯酸催化(hua)(hua)(hua)剂(ji)(ji)以(yi)及酶等多(duo)种催化(hua)(hua)(hua)手(shou)段,实(shi)现了对具(ju)(ju)有(you)共轭稳定效应或带有(you)导向(xiang)基团(tuan)(可辅(fu)助形(xing)成(cheng)较稳定高(gao)(gao)价(jia)金属(shu)中(zhong)(zhong)间体)的(de)(de)烷基自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)基不对称(cheng)转(zhuan)化(hua)(hua)(hua)。然而,活(huo)性最高(gao)(gao)的(de)(de)纯烷基自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)基的(de)(de)不对称(cheng)转(zhuan)化(hua)(hua)(hua)四十(shi)年(nian)来(lai)(lai)仍未(wei)(wei)被攻克(ke),成(cheng)为全球(qiu)顶尖化(hua)(hua)(hua)学(xue)家(jia)竞相追(zhui)逐的(de)(de)重(zhong)要(yao)课题。
针对这一挑战,自2019年起,刘心元(yuan)团队持续开展攻关工作,自主设计并研发出一类新型(xing)空间限域型(xing)催化(hua)剂。该类催化剂具有一个圆台状半开放式的手性口袋,其靠近催化中心的区域空间较为狭窄,远离催化中心的区域则相对开阔。在反应过程中,底物中位阻较小的烷基优先进入催化口袋内部狭窄区域,而位阻较大的烷基则被排斥至外部较宽敞的空间。与此同时,催化口袋边壁上的大位阻基团还能与底物中的烷基形成多种非共价弱相互作用,这不仅有助于在一定程度上稳定高活性的纯烷基中间体,也进一步提升了对两个结构相近烷基取代基的立体识别能力。该全新的手性控制模式代表了催化剂设计领域的一次重要突破,为解决不对称催化中长期存在的共性难题提供了可行且具有通用性的解决思路。
图(tu)1 双烷基取代的(de)二级烷基自由基不(bu)对(dui)称胺化反(fan)应
研究团(tuan)队(dui)将该(gai)(gai)类催化(hua)(hua)剂应用于源(yuan)自工(gong)业原料的(de)(de)碘(dian)代烷烃的(de)(de)自由(you)基(ji)不对称胺(an)(an)(an)化(hua)(hua)反(fan)应中(zhong),成功实(shi)(shi)现(xian)了多种类型底(di)物(wu)的(de)(de)高(gao)效不对称胺(an)(an)(an)化(hua)(hua)。值得一提(ti)的(de)(de)是,对于区(qu)分度极小的(de)(de)甲基(ji)/丙基(ji)(2–碘(dian)戊(wu)烷)和乙基(ji)/丙基(ji)(3–碘(dian)己烷)等底(di)物(wu),该(gai)(gai)催化(hua)(hua)体系依然表(biao)现(xian)出(chu)优(you)异的(de)(de)选择(ze)性。此外(wai),该(gai)(gai)反(fan)应还(hai)首(shou)次实(shi)(shi)现(xian)了以简单烷烃为(wei)(wei)底(di)物(wu)的(de)(de)不对称碳–氢胺(an)(an)(an)化(hua)(hua)反(fan)应,为(wei)(wei)推(tui)动(dong)烷烃这类大宗工(gong)业原料向高(gao)附加值产(chan)物(wu)的(de)(de)转化(hua)(hua)奠定了坚实(shi)(shi)基(ji)础。进(jin)一步地,通(tong)过该(gai)(gai)策略(lve)快(kuai)速制备的(de)(de)手(shou)性伯胺(an)(an)(an)可高(gao)效转化(hua)(hua)为(wei)(wei)抗(kang)癌“明星”药物(wu)伊布替尼、降糖药阿格列(lie)(lie)汀(ting)与曲格列(lie)(lie)汀(ting)等活(huo)性药物(wu)成分或(huo)其关键(jian)中(zhong)间体,为(wei)(wei)我国在药物(wu)学前(qian)沿领域的(de)(de)长期自主创新发(fa)展提(ti)供有力支撑(cheng)。
南(nan)方科(ke)(ke)技(ji)大(da)学为(wei)(wei)论文(wen)(wen)第(di)一单位,刘心元为(wei)(wei)第(di)一通(tong)(tong)讯(xun)作(zuo)者,浙江(jiang)大(da)学教(jiao)授(shou)洪鑫为(wei)(wei)共(gong)同通(tong)(tong)讯(xun)作(zuo)者。深圳(zhen)格(ge)拉布斯(si)研究(jiu)(jiu)院(yuan)(yuan)-光明高等研究(jiu)(jiu)院(yuan)(yuan)研究(jiu)(jiu)副教(jiao)授(shou)张宇(yu)峰为(wei)(wei)论文(wen)(wen)第(di)一作(zuo)者,化学系博(bo)士(shi)(shi)后(hou)(hou)王彪、硕(shuo)士(shi)(shi)研究(jiu)(jiu)生(sheng)陈铮以及博(bo)士(shi)(shi)后(hou)(hou)刘吉人(理论计算)为(wei)(wei)本(ben)(ben)文(wen)(wen)共(gong)同第(di)一作(zuo)者。研究(jiu)(jiu)团(tuan)队成员向(xiang)津民、杨(yang)宁远、刘娟(juan)、南(nan)科(ke)(ke)大(da)副教(jiao)授(shou)顾(gu)强帅、副教(jiao)授(shou)董哲、研究(jiu)(jiu)助(zhu)理教(jiao)授(shou)宋桥、副教(jiao)授(shou)余聪、副教(jiao)授(shou)王健纯、工(gong)程师杨(yang)银花、工(gong)程师林琳(lin)等为(wei)(wei)本(ben)(ben)文(wen)(wen)发表做出(chu)积极(ji)贡献。该研究(jiu)(jiu)得到了科(ke)(ke)技(ji)部、国家(jia)自然科(ke)(ke)学基金(jin)项目、广(guang)东省广(guang)创团(tuan)队、广(guang)东省基础与应(ying)用基础研究(jiu)(jiu)基金(jin)委(wei)(wei)员会、深圳(zhen)市科(ke)(ke)创委(wei)(wei)和(he)南(nan)科(ke)(ke)大(da)等经费(fei)资助(zhu)和(he)支持(chi)。
声明:化学加刊(kan)发或者转载此(ci)文只是出于(yu)传递、分享更(geng)多(duo)信息之(zhi)目的(de),并(bing)不意(yi)味认同其观点(dian)或证(zheng)实其描述。若有来(lai)源(yuan)标注错误(wu)或侵犯(fan)了您的(de)合法(fa)权(quan)益,请作者持权(quan)属证(zheng)明与本网联系,我们将及时更(geng)正、删除,谢谢。 电话:18676881059,邮箱:gongjian@yourockwoohoo.com