来源：剑桥大学（University of Cambridge）

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研究人员提出了一种策略，通过使用手性阳离子使过渡金属催化的化学反应对映选择性。这项工作是在罗伯特·菲普斯博士的研究小组中进行的。

罗伯特说，以前，虽然手性阳离子被广泛用作有机催化剂，但将它们引入由过渡金属催化的化学反应中来控制反应的对映选择性却很少。现在，经过两年的努力和团队的努力，他们成功地做到了。

他说，他们发表在《科学》杂志上的研究成果“从本质上证明了一个概念，即你可以做到这一点，而且可以在一种具有挑战性的反应类型上做到这一点，而这种反应类型在现有的方法中已经证明是困难的。”。

Phipps小组开发了合成药物等小分子的方法。在过去几年中，他们致力于开发能够控制化学反应中位置选择性的催化剂，即精确控制化学反应发生在分子上的哪个点。他们通过开发过渡金属催化剂的配体来实现这一目的，这些配体将催化剂固定在分子上的特定位置。

他们一直在寻找进一步细化配体的方法，使之不仅具有位置选择性，而且具有对映选择性。对映体是分子的左手和右手的镜像。关键是要能够从它们产生的两种对映体中选择哪一种，从而选择它具有哪种“利手”特性。

因为当分子的一个对映体可能产生期望的治疗效果时，另一个对映体可能根本不会产生任何效果，或者可能带来不想要的副作用。此外，对映体的手性或“手性”对于确保其在生物系统中如何相互作用的精确性至关重要。

“大自然本身以多种方式表现出手性。蛋白质是由氨基酸组成的，它们以一种对映体的形式自然存在，即它们是单手的。“加上DNA具有螺旋状的手性，”罗伯特解释说所以作为合成化学家，我们能够把小分子作为单一的对映体是非常重要的。当我们将一个小分子放入一个我们希望它具有治疗效果的生物系统中时，例如，“左手”对映体可能与“右手”对映体完全不同。

三年前，该小组开发了一种用于过渡金属催化剂的配体，用于控制C-H活化反应中的位置选择性，这是一种在制药工业中广泛应用的有用反应，通常使用过渡金属催化来实现。他们通过使用一种常见的联吡啶配体支架并在其上附着一个阴离子磺酸盐基团来实现这一目的。

将这个阴离子（或带负电的）基团连接到支架上后，他们需要一个带正电的成分来平衡它。在他们之前的工作中，研究人员使用了一种磨碎的阳离子（四丁基铵）来起这个作用，最初只是为了提供盐在有机溶剂中的溶解度。但是他们意识到“我们有机会在这里引入一种手性阳离子，这种阳离子可能参与反应的过渡态，并对其产生一定的影响，”罗伯特解释说。所以他们开始探索这是否可能。

博士生乔治热那夫（Georgi Genov）首先提出了这一想法，最终又有两名博士生，詹姆斯杜斯韦特（James Douthwaite）和大卫吉布森（David Gibson）以及一名博士后研究员安蒂拉赫登帕里（Antti Lahdenperä）参与了这一想法。他们用天然抗疟疾奎宁衍生的手性阳离子取代了非手性四丁基铵阳离子。通过这样做，他们发现他们不仅可以控制反应的位置选择性，而且还可以控制反应的对映选择性，用多功能的C-B键取代芳香环上的C-H键。

乔治亚说：“这种转变的优化过程相当复杂。然而，在发现正确的阳离子和反应条件后，我们发现该体系非常普遍，允许我们使用两种非常不同的底物类别一种是新的立体中心位于碳原子处，另一种是位于磷原子处。后者非常令人兴奋，因为手性磷化合物的合成更具挑战性。”

迄今为止，已经有非常成熟的方法与过渡金属进行对映选择性反应，但它们通常依赖于将某种手性直接引入与金属相连的配体支架中，“这种方法可能有缺点，这意味着它在某些情况下不起作用，”罗伯特说。

“我们知道，这些手性阳离子，我们正在使用的类型，是真正的特权，因为它们已用于其他类型的不对称催化。但它们几乎没有与过渡金属一起使用。因此，如果我们能潜在地将这些特殊的手性阳离子与反应性过渡金属结合起来，那么也许我们在进行不对称过渡金属催化方面有了一种全新的、完全不同的思路。”

他补充道：“我们很高兴看到将其推广到其他真正有用的过渡金属催化反应中，在这些反应中存在着对映选择性的挑战。具体来说，我们想看看我们是否能利用这一策略实现以前不可能实现的对映选择性反应。”

More information: Georgi R. Genov et al. Enantioselective remote C–H activation directed by a chiral cation, Science (2020). DOI: 10.1126/science.aba1120

Journal information: Science

原文网址：https://phys.org/news/2020-03-metal-catalyzed-reactions-enantioselective-chiral-cation.html

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