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西安交大李鹏飞教授课题组Angew 手性催化剂配体设计新进展

来源:西安交通大学      2022-06-13
导读:​近日,西安交通大学前沿院李鹏飞教授课题组针对手性联吡啶的设计难题,通过分子层面的精心设计,开发了一类新骨架手性联吡啶配体SBpy。研究成果发表《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。

伴随生命和材料领域的发展,精准构筑手性物质的重要性日益凸显。过渡金属催化不对称反应是构建手性分子的主要方法,而手性配体是调控催化剂活性和立体选择性的关键因素。2,2′-联吡啶配体是金属催化反应中广泛使用的经典配体,在廉价金属催化、仿酶催化及光、电催化等重要新兴领域常作为优选配体。然而,不对称催化领域至今仍然缺乏普适性的手性联吡啶配体,其主要困难是吡啶的芳香性平面结构难以引入手性元素,现有配体骨架可修饰性差,提高立体选择性常伴随催化活性降低。因此,手性联吡啶配体的发展仍然是不对称催化领域亟待解决的重要挑战。

前沿院李鹏飞教授课题组致力于有机硼化学和吡啶衍生配体的研究。近期,针对手性联吡啶的设计难题,通过分子层面的精心设计,开发了一类新骨架手性联吡啶配体SBpy。该配体具有[6-5-3]刚性稠环结构,实现了中心金属近程位阻最小化和远端侧链结构的高度可调性,克服了立体选择性和催化活性之间的矛盾。有别于传统的手性配体设计思路,SBpy具有“内松外紧”的结构特征,与广谱性酶(如细胞色素P450)异曲同工,为手性催化剂的设计提供了新思路。

课题组通过药物合成中常见的羰基加成反应展示了SBpy设计的合理性与有效性。目前,当量金属试剂对羰基的不对称加成发展成熟,但以易得的卤化物为原料实现该转化则更具经济性和普适性。以二苯甲酮衍生的Ph-SBpy为配体,课题组首次实现了分子间芳基卤化物对芳基醛的不对称加成反应。该反应催化活性高,条件温和,大多数底物均取得了优秀的收率和对映选择性,成功应用于复杂药物的合成与衍生化,为手性分子的立体选择性合成提供了新工具。研究表明,Ph-SBpy既具有富电子配体骨架,又使近程空间位阻最小化,且侧链基团也可保证活性催化剂的稳定性。因此,SBpy在低温下仍可“活性不打折”地实现优异的立体选择性。结合通过密度泛函理论,课题组得到了立体选择性关键步骤的优势过渡态结构,其中反应物芳基和与配体的苯基之间存在π–π堆积作用,进一步解释了Ph-SBpy比其它富电子、低位阻联吡啶配体活性更高的原因。

该研究成果发表于国际化学领域权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。该论文共同第一作者为西安交大前沿院博士生张帅(第一)、欧阳彝钊(第三),以及化学学院博士后Saima Perveen(第二),通讯作者为前沿院李鹏飞教授。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202117843

李鹏飞教授课题组主页:https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/lipengfei/home


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