金屬鎳、鋁和配體的“桃園三結義”
發(fā)布日期:2018年05月22日 07:05:59有機合成反應多數(shù)依賴于過渡金屬催化劑得以實現(xiàn)。傳統(tǒng)的過渡金屬催化反應一般使用單金屬催化劑,但是這種方式對于相對惰性化學鍵往往難以奏效。近日,南開大學化學學院葉萌春課題組模擬生物酶的催化方式,使用二級膦氧配體輔助的雙金屬催化,實現(xiàn)了高效、適用廣泛的錨定催化,該催化方法可廣泛用于生產(chǎn)藥物、激素、植物生長調(diào)節(jié)劑等生物活性化合物,且有望在更多的合成轉化中得到應用。相關成果發(fā)表于《美國化學會志》(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 5360)。
生物酶在催化過程中,通過蛋白的三維空腔結構來預先錨定底物,然后實現(xiàn)高效催化。但是生物酶催化反應的底物范圍較窄,同時對反應條件較為挑剔。,葉萌春課題組設想,能否借鑒生物酶的催化方式,發(fā)展類似的化學錨定催化?這樣不但可以達到高效催化目的,同時具備更廣泛的適用性。在實驗過程中,課題組使用二級膦氧配體輔助的雙金屬催化實現(xiàn)了這種錨定催化。
反應中,膦氧配體具有兩個結合位點,同時結合兩類性質(zhì)不同的金屬。其中一個金屬鋁可以錨定底物,另外一個金屬鎳活化底物的某個化學鍵?!芭潴w、金屬鎳、金屬鋁,猶如‘桃園三結義’中的三個好漢,團結協(xié)作,互幫互助,最終實現(xiàn)底物的高效催化。”葉萌春說。
葉萌春課題組嘗試將該策略運用于較為惰性的環(huán)丙基酰胺和炔烴的環(huán)加成反應。此類反應是構建“五元碳環(huán)結構”最為常用的合成方法,而這樣“五元碳環(huán)結構”廣泛存在于新型綠色植物生長調(diào)節(jié)劑蕓苔素內(nèi)酯、抗膽堿藥阿托品等的有機分子中。然而由于環(huán)丙烷的碳碳鍵較難活化,長期以來此類反應大多數(shù)局限于活潑環(huán)丙烷衍生物,對于價廉易得且易于轉化的單羧基取代環(huán)丙烷,反應活性較低,一直難以參與反應。葉萌春課題組在使用了手性萘基膦氧作為配體和鎳、鋁組合后,反應活性顯著提高,獲得了較高的收率和較好的立體對映選擇性。
隨后,該課題組又考察了咪唑環(huán)選擇性碳氫鍵環(huán)化反應,這類雜環(huán)化合物同樣廣泛存在于生物活性化合物中,比治療B-細胞淋巴瘤中的強效抑制劑、類固醇激素醛固酮的抑制劑、轉化生長因子的抑制劑等等。然而現(xiàn)有合成方法是通過手性原料轉化或者是通過手性拆分獲得,直接的不對稱催化方法還沒有成功的先例。葉萌春課題組在使用了手性芳基膦氧配體和鎳、鋁組合后,成功實現(xiàn)了直接不對稱催化合成。相比于傳統(tǒng)合成方法,雙金屬與配體的催化方法能夠實現(xiàn)反應原料廉價易得、反應迅速高效安全,且金屬鎳、鋁與配體的“桃園三結義”式錨定催化適用性廣泛,有望在更多的合成轉化中得到應用。
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