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南开、哈佛、加州大学洛杉矶分校联手破译芳基碘催化烯烃不对称转化的手性控制机理
2018-12-03

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具有C2轴对称性的高价碘催化烯烃双官能团化反应的手性控制模型

南开新闻网讯(记者 马超)近日,南开大学程津培院士、薛小松副教授团队与美国加利福尼亚大学洛杉矶分校霍克院士、哈佛大学艾瑞克•雅各布森教授合作,在高价碘催化烯烃不对称偕二氟化反应的机理研究方面取得重要进展,破译了芳基碘催化烯烃不对称转化的手性控制机理。研究成果发表于化学类顶级期刊《美国化学会志》。霍克、薛小松为共同通讯作者。

氟元素被称为元素周期表中“举足轻重的小个子”。在有机化合物中引入氟原子或含氟基团,往往可显著改变其物理、化学及生理性质。因此含氟有机化合物广泛应用于医药、农药和材料等领域。在众多含氟基团中,二氟甲基通常被认为是羟基和巯基的“生物电子等排体”,向药物分子中引入该基团通常可改善其代谢稳定性和口服生物利用度等性质。

“外消旋药物临床使用所引起的药效、药物转运、代谢、毒性等一系列问题已越来越受到关注,对于药物分子合成来讲,发展手性催化合成含二氟甲基官能团的方法具有重要意义。”薛小松介绍。

2016年,艾瑞克•雅各布森团队巧妙利用手性芳基碘催化策略,在温和条件下,高效、高选择性地构筑了含有二氟甲基的季碳手性中心。然而,手性芳基碘究竟如何催化该反应,又如何能诱导如此高的选择性?这两个关键问题仍是未解之谜。高价碘具有跟过渡金属类似的反应性能,其无毒安全及经济廉价等优点,符合现代化学的发展趋势。然而,高价碘催化不对称转化,一直以来是高价碘化学领域最具挑战的研究课题之一,制约该领域发展的关键问题是相关反应机理的模糊以及对于手性控制机制的理解缺失。

“2016年,我们在程津培院士指导下,通过DFT计算,曾对高价碘试剂介导的苯乙烯端位偕二氟化反应的机理进行了研究,并发现了该试剂的一种新活化模型。”薛小松说,在前期研究基础上,课题组与霍克教授、艾瑞克•雅各布森教授合作,对手性芳基碘催化苯乙烯衍生物的不对称偕二氟化反应的机理和手性控制机制进行了深入的理论研究。“我们详细考察了该反应的机理,包括催化剂的各种可能活化机制、二氟甲基官能团如何形成,最后提出了一个适用于理解和预测具有C2轴对称性的高价碘催化烯烃双官能团化反应的手性控制模型。”。

在该模型中,催化剂的手性口袋能够实现对底物的包裹和潜手性面的识别,不仅可很好地解释和预测此实验中观察到的催化剂和底物的取代基效应,而且将为今后理性设计高价碘催化烯烃不对称转化提供理论依据。该研究亦将加深人们对高价碘化学反应性的理解,有助于今后开发以高价碘为基础的更加绿色、环保的化学。

据了解,《美国化学会志》刊登此成果也为程津培院士70岁生日贺寿。

该研究得到了国家自然科学基金委和南开大学的资助。