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金属镍、铝和配体的“桃园三结义”:南开学者发展高效锚定催化新策略

来源: 南开新闻网     发稿时间: 2018-05-18 16:51

  南开新闻网讯(记者 马超)有机合成反应多数依赖于过渡金属催化剂得以实现。传统的过渡金属催化反应一般使用单金属催化剂,但是这种方式对于相对惰性化学键往往难以奏效。近日,南开大学化学学院叶萌春课题组模拟生物酶的催化方式,使用二级膦氧配体辅助的双金属催化,实现了高效、适用广泛的锚定催化,该催化方法可广泛用于生产药物、激素、植物生长调节剂等生物活性化合物,且有望在更多的合成转化中得到应用。相关成果发表于《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 5360)。

  生物酶在催化过程中,通过蛋白的三维空腔结构来预先锚定底物,然后实现高效催化。但是生物酶催化反应的底物范围较窄,同时对反应条件较为挑剔。,叶萌春课题组设想,能否借鉴生物酶的催化方式,发展类似的化学锚定催化?这样不但可以达到高效催化目的,同时具备更广泛的适用性。在实验过程中,课题组使用二级膦氧配体辅助的双金属催化实现了这种锚定催化。

  反应中,膦氧配体具有两个结合位点,同时结合两类性质不同的金属。其中一个金属铝可以锚定底物,另外一个金属镍活化底物的某个化学键。“配体、金属镍、金属铝,犹如‘桃园三结义’中的三个好汉,团结协作,互帮互助,最终实现底物的高效催化。”叶萌春说。

  叶萌春课题组尝试将该策略运用于较为惰性的环丙基酰胺和炔烃的环加成反应。此类反应是构建“五元碳环结构”最为常用的合成方法,而这样“五元碳环结构”广泛存在于新型绿色植物生长调节剂芸苔素内酯、抗胆碱药阿托品等的有机分子中。然而由于环丙烷的碳碳键较难活化,长期以来此类反应大多数局限于活泼环丙烷衍生物,对于价廉易得且易于转化的单羧基取代环丙烷,反应活性较低,一直难以参与反应。叶萌春课题组在使用了手性萘基膦氧作为配体和镍、铝组合后,反应活性显著提高,获得了较高的收率和较好的立体对映选择性。

  随后,该课题组又考察了咪唑环选择性碳氢键环化反应,这类杂环化合物同样广泛存在于生物活性化合物中,比治疗B-细胞淋巴瘤中的强效抑制剂、类固醇激素醛固酮的抑制剂、转化生长因子的抑制剂等等。然而现有合成方法是通过手性原料转化或者是通过手性拆分获得,直接的不对称催化方法还没有成功的先例。叶萌春课题组在使用了手性芳基膦氧配体和镍、铝组合后,成功实现了直接不对称催化合成。相比于传统合成方法,双金属与配体的催化方法能够实现反应原料廉价易得、反应迅速高效安全,且金属镍、铝与配体的“桃园三结义”式锚定催化适用性广泛,有望在更多的合成转化中得到应用。

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