手性双氮氧配体及其金属配合物不对称催化

不对称催化是获得手性物质最高效的方法之一.针对效率和选择性的核心问题,发展高效高选择性的手性配体和催化剂是关键.不对称催化经过几十年的发展,其中手性金属配合物催化最受关注,应用也最广泛,但优势手性配体极其有限.因此,创制高效高选择性的优势手性配体是不对称催化领域最重要和最具挑战性的目标.在过去20年里,冯小明团队一直潜心催化不对称合成方面的研究,设计、合成了一类全新的具有柔性构象的手性双氮氧-酰胺化合物,被公认为一类优势手性配体和催化剂,打破了传统优势配体刚性构象的要求.建立了手性双氮氧-金属配合物催化剂库,高效高选择性实现了50多类重要的不对称反应,尤其是一些不对称催化新反应,为多个手性药物分子和天然产物的合成提供了简单、高效、精准、绿色途径.本文介绍了该类配体和催化剂的设计、合成以及手性双氮氧金属配合物催化的代表性不对称反应.这些原创性和系统性的研究工作,为手性科学的快速发展作出了重要贡献.     

光学纯机械面手性轮烷及面手性大环化合物合成研究进展

近年来,面手性逐渐引起了多个领域科学家的关注.面手性结构单元广泛存在于多种活性天然产物和药物分子中,如机械平面手性轮烷和平面手性大环化合物.这两类结构在分子机器、分子识别、不对称催化以及药物研发等多个领域展示出了重要的应用价值.然而,由于机械平面手性轮烷和平面手性大环化合物的结构复杂性,合成这两类化合物仍然面临着较大挑战,且合成方法相对较少.因此,研究高效制备上述两类面手性化合物的新策略是非常有价值的研究方向.目前,合成化学家已发展了手性色谱分离技术、手性源诱导、过渡金属或酶催化的不对称环化反应等制备面手性化合物的策略.本文综述了制备光学纯机械面手性轮烷和面手性大环两类结构的研究进展,旨在启发从事相关领域的合成化学家发展更多高效合成面手性结构的新策略,从而为高效构筑机械平面手性轮烷化合物和平面手性大环化合物提供借鉴.     

有机酸催化不对称烷基化反应新进展

在有机分子催化的不对称合成领域,手性有机酸催化和有机胺催化是其中两个非常重要的研究方向.羰基化合物的-烷基化反应是形成碳碳键的重要合成策略.手性有机胺催化羰基化合物的不对称-烷基化反应已经有较多的研究报道,但是手性有机酸催化的该类反应还很少见.多     

过渡金属催化的不对称卡宾插入反应在手性胺合成中的应用

手性胺是一类重要的化合物,在合成化学和生物医药领域都有着广泛的应用.近20年来,伴随着过渡金属催化不对称合成研究的发展,高效高选择性合成手性胺的方法越来越多.其中,过渡金属催化的不对称卡宾插入反应已经成为合成各种手性胺,尤其是非天然手性氨基酸的一种最为有用的方法.近年来,以铜、铑、钯为代表的过渡金属卡宾对芳香胺、酰胺、咔唑、亚胺等底物的不对称N-H插入反应研究已经取得了积极的进展,最近对脂肪胺类底物也取得了重大突破.这些结果为结构多样的手性胺合成提供了重要方法,也为过渡金属催化下芳香胺、脂肪胺的不对称转化提供了新的思路.本文对近年来过渡金属催化的不对称卡宾插入反应的研究进展进行了归纳,主要介绍金属卡宾对各种胺类底物的不对称N-H插入反应在手性胺合成中的应用.     

双金属协同催化立体发散性合成手性非天然α-氨基酸

手性非天然α-氨基酸是一类重要的化合物,在合成化学和生物医药领域都有十分广泛的应用.通过不对称催化合成高效构建手性非天然α-氨基酸,一直以来都是有机合成化学的研究热点之一,并且已经发展出多种较为成熟的合成途径.其中,最近几年兴起的双金属协同催化策略在该领域取得了巨大的成功.双金属协同催化在很多反应中表现出更高的催化活性,特别是可以通过催化剂的合理组合实现目标产物各种光学异构体的立体发散性精准合成,极大提升了该合成方法的高效与实用性,同时也为相关手性非天然α-氨基酸衍生物及其光学异构体的构效关系研究提供了便捷途径.本文对近年来双金属协同催化的立体发散性合成非天然氨基酸的研究进展进行了归纳,主要介绍该策略在亚甲胺叶立德参与的不对称烯丙基化和不对称炔丙基化反应中的应用,并讨论了相关局限性和发展前景.     

铱催化Z式保留不对称烯丙基取代反应

正Z-烯烃是有机分子的基本结构单元,但是Z-烯烃相对于E-烯烃热力学不稳定,导致其高选择性合成极具挑战性.含有Z-烯烃的手性结构单元广泛地存在于天然产物和生物活性分子中,发展其高效精准合成方法具有十分重要的意义.过渡金属催化不对称烯丙基取代反应可以便捷地合成含有E-烯烃或者末端烯烃的手性分子,但是利用该类反应高选择性地得到含有Z-烯烃的手性分子十分困难[1～3].     

含樟脑烷骨架的新型相转移催化剂合成及其在不对称环氧化反应中的应用

从左旋樟脑磺酸出发, 经氧化、Curtius重排、还原等步骤合成得到一类新型手性相转移催化剂. 用X射线衍射测定了催化剂的晶体结构. 这类新型手性相转移催化剂可以有效地催化查尔酮分子的不对称环氧化反应.     

含多氢键给体的氨基-硫脲类有机小分子催化剂的设计、合成及应用

在过去的10年里, 有机小分子催化作为一门环境友好的有机合成方法学在不对称催化合成中的应用得到了重新发掘, 新颖的有机小分子催化剂和新型有机小分子催化的不对称反应受到广泛的关注. 含有氢键给体的手性有机小分子化合物通过分子间的氢键作用来活化反应底物中的羰基或硝基等官能团, 在很多的不对称催化反应中展示了优秀的手性诱导效果, 并获得了显著的进展. 其中, 具有双官能团氨基-硫脲类有机小分子催化剂在一系列的不对称迈克尔加成反应中获得了成功. 基于对现有的文献中关于双官能团氨基-硫脲类有机小分子催化剂分子的结构分析, 我们将“多氢键给体协同活化”策略成功应用于合成一类新型含多个氢键给体、具有多个手性中心、而且其空间位阻和电子效应等精细结构具有可调控性的手性氨基-硫脲类双官能团有机小分子催化剂Ⅰ和Ⅱ. 这类具有多氢键给体的氨基-硫脲类催化剂在乙酰丙酮、α-取代的β-酮酯、硝基烷烃等对各种取代的硝基烯烃类化合物的不对称迈克尔加成反应, 以及硝基烷烃对亚胺类化合物的不对称Nitro-Mannich反应中, 展现了非常优异的催化活性与底物适用范围.     

手性物质创造的昨天、今天和明天

手性是自然界的普遍特征,并与生命现象密切相关.组成生命的许多基本物质,例如蛋白质、氨基酸和核糖核酸等均是手性化合物.同样,超过一半的药物分子都是手性化合物.因此,如何有效地发现和创造手性物质,如手性药物、手性农药、手性材料等一直是合成化学研究的焦点.经过跨世纪的追求与探索,人类终于发现人工合成的手性催化剂可以像酶一样合成手性物质.通过不懈的努力,化学家发展出了许多高效、高选择性的手性催化剂和不对称合成反应,部分手性催化剂的效率已经超越了生物酶.现在,不论是手性物质创造的多样性还是精准度都已达到了一个新的高度.手性催化剂和不对称合成反应已经在工业上得到了广泛应用,造福人类.本文将以不对称催化反应的发现、发展历程为主线,并结合我国在这一领域的研究进展,简要概述手性物质创造科学发展的昨天、今天和明天.     

含樟脑烷骨架的新型相转移催化剂合成及其在不对称环氧化反应中的应用

从左旋樟脑磺酸出发，经氧化、Curtius重排、还原等步骤合成得到一类新型手性相转移催化剂。用Ｘ射线衍射测定了催化剂的晶体结构。这类新型手性相转移催化剂可以有效的催化查尔酮分子的不对称环氧化反应。     

手性技术

手性技术不仅与我们的生活中的医药、农药等密切相关 ,而且对生命起源等问题具有重要的理论意义 .本文全面地介绍了手性技术 ,特别是不对称合成 .其中 ,从绿色化学的观点看 ,与生物技术有关的各种手段较有前途 ;而手性催化不仅符合绿色化学潮流而且经济实惠 ,目前在工业上已被广泛应用 ,为此 2 0 0 1年诺贝尔化学奖授予了该领域的三位开拓者 .     

光催化的硝酮与芳醛的不对称自由基偶联反应:光学纯邻氨基醇的对映选择性合成

正手性β-氨基醇是一类重要的化合物,其结构广泛存在于许多生物活性天然产物、药物及功能材料等分子中(图1),在有机合成中既是一类非常有用的合成砌块,又是重要的手性辅剂和手性配体,因此研究高效的不对称合成方法制备光学活性的手性β-氨基醇化合物一直是有机化学家关注的一个重要课题.在过去的几十年里,化学家虽然发展了很多方法,但仍然存在诸多不足,比如反应受试剂和底物     

氨气新用途:不对称合成手性α-氨基酸

<正>手性一级胺普遍存在于天然产物、药物、农药等分子中,比如构成生命体的20种天然α-氨基酸大部分都是手性一级胺.因此,发展简单高效的方法合成手性一级胺具有重要意义.另一方面,氨气是除了氮气外最便宜易得的氮源,已经被广泛应用于化工生产和有机合成中.但在手性合成方面,     

手性药物的四个课题

据国家自然科学基金委员会2007年8月21日报道。“十五”重大项目“手性与手性药物研究中的若干科学问题研究”围绕四个主要课题开展研究，进展显著。 在手性碳的不对称合成研究中，发展了在路易斯酸作用下通过片呐醇串联重排反应构筑手性季碳中心、手性配体参与炔烃对羰基化合物不对称加成反应的新方法。并用于合成一系列具有药用价值的天然产物。设计、合成了新型的硫代膦酰胺类手性配体和新型L-脯氨酰胺有机催化剂。     

不对称催化氢化的新进展——单齿磷配体的复兴

在过去近30年的研究工作中, 发展手性双磷配体主导了不对称催化氢化领域. 进入21世纪以来, 手性单磷配体特别是手性亚磷酸酯和亚磷酰胺类单磷配体的研究引起了国内外的关注, 其特点是这些单齿磷配体的合成比较简单, 原料价格低廉, 同时在烯烃的不对称氢化中具有高催化活性和高对映选择性, 其催化效率和对映选择性可以与目前最好的双膦手性配体形成的催化剂相媲美, 因此单齿亚磷酸酯、氨基亚磷酸酯类配体在工业化中有很广泛的应用前景. 另外从概念上也突破了传统的只有手性双齿磷配体容易获得高对映选择性的观念. 因此, 这是一个值得关注的研究方向. 本文简要回顾了不对称催化氢化研究中手性磷配体的发展过程, 比较系统地介绍了单齿磷配体的合成及其在不对称催化氢化反应中的应用.     

阴阳禀自然：有机催化的发展与影响

<正>北京时间2021年10月6日下午,瑞典皇家科学院宣布2021年诺贝尔化学奖花落德国马普煤炭研究所的本杰明·李斯特(Benjamin List)教授和美国普林斯顿大学戴维·麦克米兰(David Mac Millan)教授,以表彰他们在"发展不对称有机催化"方面所做出的杰出贡献。至此,不对称催化的三种基本方法均已获得了诺贝尔化学奖的青睐:金属催化(2001)、酶催化(2018)和有机催化(2021),彰显了手性化合物的高效催化合成这一领域的巨大研究价值和勃勃生机。     

超分子手性的动态调控及功能化

超分子手性的研究对于促进生命科学﹑材料化学等相关学科的发展具有非常重要的价值,已发展成为当前手性科学领域的热点之一.动态的智能超分子手性材料具有良好的刺激响应性,其组装结构和功能特性随外界环境的改变而发生敏感的变化.本文介绍了超分子手性的组装原理,详细阐述了光、温度、氧化还原、p H、溶剂、超声、离子、浓度等刺激对超分子手性的动态调控,着重综述了超分子手性在手性模板、手性开关、手性液晶、手性催化、手性传感、圆偏振发光材料及生物医用材料等方面的功能性研究.这些成果为超分子手性的研究领域拓展了新的发展空间,为手性科学问题的研究提供了新思路和新方法.     

高难度二萜分子vinigrol的全合成进展

二萜分子vinigrol(权霉醇)是近几十年来最难合成的复杂天然产物之一,其独特的十氢-1,5-丁基萘结构首次在天然产物中出现. Vingrol新颖和独特的结构吸引了众多有机合成化学家的兴趣.截至目前,共报道了4例全合成工作. 2009年,美国化学家Baran课题组首次实现了vinigrol的消旋体全合成; 2013年,美国化学家Njardarson课题组完成了第2例vinigrol的消旋体全合成; 2019年,北京大学罗佗平课题组完成了vinigrol的首例不对称全合成;同年,本课题组完成了vinigrol的第2例不对称全合成.本文对这4例全合成进行了总结和回顾,探讨了每个合成工作的设计思想和策略,并对关键反应进行了深入讨论,期望能够管中窥豹式地介绍天然产物全合成领域的最新进展.     

新型手性PNO配体的合成及其在酮的不对称氢化中的应用

设计并合成了一种新型的PNO配体.该配体具有原料易得、合成简单、易于纯化等优点.通过市售的手性原料经过三步简单反应便可得到该配体.该配体与[Ir(COD)Cl]2(COD, 1,5-环辛二烯)在四氢呋喃(THF)中混合可原位获得手性催化剂,催化苯乙酮及其衍生物的不对称氢化反应.该反应体系所得到的手性醇产物的产率最高可达99%, ee值最高可达99%.该催化剂对烷基芳基酮能够展现出很好的催化效率,但是对于双烷基酮氢化的手性控并不理想.在一个较大规模的反应中(12 g底物),催化转化数(TON)可达100000.     

手性亚磷酸酯-铑络合物催化的烯烃氢甲酰化反应

设计和合成了一系列由联二萘酚衍生的手性亚磷酸酯配体. 这些配体与铑(Ⅰ)形成的络合物能够有效地催化苯乙烯和乙酸乙烯酯的不对称氢甲酰化反应, 显示高度的催化活性、化学选择性和较好的区域选择性(异构醛/正构醛). 最高对映选择性分别达到37.0%和38.1%. 手性双齿亚磷酸酯配体与单齿亚磷酸酯配体相比, 产生更好的对映选择性, 但是更低的区域选择性.