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2021年10月25日
中国科大在饱和碳偶联领域取得重要进展

近日,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心、化学与材料科学学院傅尧教授与陆熹特任副研究员在饱和碳偶联领域取得重要进展。研究团队开发钴-氢催化体系,实现高对映选择性烷基-烷基偶联。研究成果于10月20日以“Cobalt-catalysed enantioselective C(sp3)-C(sp3) coupling”为题发表在Nature Catalysis上。

有机分子往往呈现“三维立体”的结构,饱和碳-碳键无处不在。而增加手性碳中心的数量也有助于提高药物开发成功几率。温和条件高对映选择性饱和碳偶联是有机合成化学研究的焦点和难题。

傅尧、陆熹等长期从事有机化学和绿色化学等领域的研究。基于绿色催化的理念,团队提出“烯烃还原偶联”概念,以性质稳定、来源广泛、易于获取的烯烃作为烷基化试剂实现温和条件碳-碳偶联(Nat. Commun. 2016,7, 11129; J. Am. Chem. Soc. 2017,139, 12632)。研究团队系统性地开发手性金属镍络合物催化体系,实现系列高对映选择性的饱和碳偶联反应,为手性胺类/醇类药物分子、含膦/硫/硼精细化学品合成提供了可靠策略(J. Am. Chem. Soc. 2020,142, 214; Nat. Commun. 2021,12, 1313; CCS Chem. 2021,3, 727)。近期,研究团队突破性地开发了新一代廉价金属钴络合物催化体系,以优异的区域和对映选择性实现氟烯烃的氢烷基化,为手性氟烷烃合成提供了高效、通用的方案,为不对称饱和碳偶联研究提供了新思路、开辟了新方向(Nat. Catal. 2021,4, 901)。

图1.钴氢催化不对称烷基偶联

研究团队开发手性钴络合物催化剂,使用易得的氟烯烃与烷基卤化物为原料,设计配体与底物间的氢-氟相互作用调控反应立体选择性,实现了氟原子邻位手性中心精准构建,突破了不对称偶联中辅助基团结构局限。反应条件温和、底物适用范围广,可用于多种天然产物、药物分子的合成或修饰。反应被用于Δ11去饱和酶活性抑制剂11-氟十四烷基酸的合成中,显著缩短合成路线、提升合成效率。(图1)

钴催化剂具有廉价、低毒等优点,在均相催化、有机合成中发挥了重要作用。尽管钴催化剂广泛用于碳-碳偶联,但其对映选择性控制仍具挑战。审稿人对该项研究工作给予了高度评价:作为“第一例钴催化的对映选择性C(sp3)-C(sp3)偶联”、本文“报道的钴催化体系具有很强的饱和碳-碳键构建能力,值得更多关注”。该项研究建立了新型钴-氢催化体系,有望促进更多不对称饱和碳偶联反应的发现,助力手性药物开发。

该项目得到国家自然科学基金委、中国科学技术大学超级计算中心和安徽省生物质洁净能源重点实验室的资助和支持。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41929-021-00688-w


(合肥微尺度物质科学国家研究中心、化学与材料科学学院、科研部)

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