赵刚课题组受邀在Chin. J. Chem.上发表不对称相转移催化研究进展
更新时间:2020-06-01 | 更新人: | 来源: | 【打印】 【关闭】
自Starks于1971年首次提出“相转移催化”概念以来,发展新型高效相转移催化剂一直是有机合成领域中的热点之一。其中的不对称相转移催化,已被广泛应用于手性中心的构建,以及手性化合物、药物分子和天然活性产物的合成中。由于氮、膦原子可形成稳定五价阳离子结构,在过去几十年里,金鸡纳碱和手性联萘衍生的季铵盐、季鏻盐已被许多课题组广泛地开发和利用(图一)。但是此类催化剂的刚性骨架结构较为单一或制备困难,因此发展一种全新的、易于合成且骨架结构易于修饰的高效手性相转移催化剂成为必然。
图一:已报道的相转移催化剂
基于“源于自然,优于自然”人工酶催化剂的设计目标,多年以来,赵刚课题组一直致力于利用廉价易得的天然手性氨基酸设计合成一系列新型手性催化剂,包括脯氨酸/脯氨醇类、叔胺-硫脲类、伯胺-仲胺/叔胺类以及有机磷/氮类催化剂等。2010年,赵刚课题组利用发展的手性胺基膦催化剂,首次报道了联烯酸酯与烯烃的[3+2]环加成反应(Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4467-4470)。通过机理研究发现,离子对及氢键作用在反应中对于手性的控制起到至关重要的作用,该类含氢键的胺基磷催化剂的合成开创了以氨基酸为骨架的新型有机磷催化剂的发现之旅,该篇论文因此也成为ESI高被引论文(图二)。
图二:有机膦催化的不对称[3+2]环加成反应
基于该发现,赵刚课题组创造性的设计开发了一系列具有氢键的离子对催化剂,包括(硫)脲/铵盐、(硫)脲/鏻盐、酰胺/铵盐、酰胺/鏻盐、二肽/鏻盐等小分子催化剂。此类催化剂可从价廉易得的氨基酸出发,通过四步简单合成获得。该类催化剂具有柔性的手性结构,多个可调控的活性位点,通过氢键以及手性氨基酸或多肽的骨架结构调控,实现多种类型反应的不对称催化(图三)。相关工作发表后,带动了不对称有机膦以及离子对催化领域的发展,国内外多个课题组使用这一催化体系或设计策略开展相关的研究。
图三:氨基酸衍生的双功能手性相转移催化剂
2015年,赵刚课题组基于在有机膦催化以及离子对催化领域中的研究成果及经验,首次提出“不对称双试剂离子对催化”概念。利用有机膦催化剂与缺电子烯烃原位形成离子对催化剂,实现了Mannich、Strecker、共轭加成、环加成以及共轭加成环化反应等;该类反应具有低催化当量以及时间短的特点,揭示了反应机理,丰富了不对称有机膦催化的方法学。相关工作发表之后,德国List教授在Synfacts(2015, 11, 0321)上对此进行了积极的评价,中国科学院官方网站以及科学网官方网站也相继对这一工作进行了转载报道。
图四:不对称双试剂离子对催化
鉴于赵刚课题组在有机磷/氮催化不对称反应方面的成就,2019年受主编麻生明院士的邀请,在Chin. J. Chem.介绍了氨基酸衍生的双功能离子对型催化剂的研究进展(Chin. J. Chem. 2019, 37, 1111-1119),阐述了此类催化剂的设计理念、合成应用、机理探究等方面工作。总结了其在Mannich reactions、aza-Hnery Reactions、1,4-Michael Addition Reactions、1,6-Michael Addition Reactions、Strecker Reaction、Annulation Reactions等多种不对称有机合成中的应用。对于未来在此方面的研究方向,也提出了合理的预测与建议。
该研究工作得到国家自然科学基金项目(21572247、21871282), 中科院先导项目(XDB 20020100)等资助。
论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cjoc.201900276