金屬鎳、鋁和配體的“桃園三結(jié)義”：南開學(xué)者發(fā)展高效錨定催化新策略

　　有機合成反應(yīng)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(yīng)一般使用單金屬催化劑，但是這種方式對于相對惰性化學(xué)鍵往往難以奏效。近日，南開大學(xué)化學(xué)學(xué)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(zhuǎn)化中得到應(yīng)用。相關(guān)成果發(fā)表于《美國化學(xué)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(jié)構(gòu)來預(yù)先錨定底物，然后實現(xiàn)高效催化。但是生物酶催化反應(yīng)的底物范圍較窄，同時對反應(yīng)條件較為挑剔。，葉萌春課題組設(shè)想，能否借鑒生物酶的催化方式，發(fā)展類似的化學(xué)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(yīng)中，膦氧配體具有兩個結(jié)合位點，同時結(jié)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(xué)鍵?！芭潴w、金屬鎳、金屬鋁，猶如‘桃園三結(jié)義’中的三個好漢，團結(jié)協(xié)作，互幫互助，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(yīng)。此類反應(yīng)是構(gòu)建“五元碳環(huán)結(jié)構(gòu)”為常用的合成方法，而這樣“五元碳環(huán)結(jié)構(gòu)”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(yīng)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(zhuǎn)化的單羧基取代環(huán)丙烷，反應(yīng)活性較低，一直難以參與反應(yīng)。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(yīng)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(yīng)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)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?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)原料廉價易得、反應(yīng)迅速高效安全，且金屬鎳、鋁與配體的“桃園三結(jié)義”式錨定催化適用性廣泛，有望在更多的合成轉(zhuǎn)化中得到應(yīng)用。