作者: 黄辛 来源:中国科学报 发布时间:2019/10/25 8:50:29
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中科院上海有机化学研究所
刘国生课题组揭示金属调控氮自由基选择性攫氢新机制

 

我国科学家在碳氢键不对称氰化研究基础领域又获重大突破。中科院上海有机化学研究所金属有机化学国家重点实验室刘国生课题组发展了复杂烯烃的烯丙位碳氢键精准(包括高位点、高对映体选择性)氰化反应,并与香港科技大学林振阳课题组合作,通过实验和理论计算相结合,揭示了金属调控氮自由基选择性攫氢的新机制。10月24日,这项重要成果在线发表于《自然》。

碳氢键活化是有机化学的圣杯,而基于碳氢键活化的有机分子精准转化则是圣杯中的明珠,一直备受合成化学家关注。自由基的氢原子转移策略是实现碳氢键官能团化一种有效途径,得到广泛地研究。然而,为了实现有机分子的精准转化,实现有机分子中碳氢键的自由基选择性攫氢和控制攫氢后的碳自由基的不对称转化等两个非常关键的科学问题亟待解决。

刘国生表示,只有突破上述两个科学问题,才有望实现碳氢键的精准官能团化。

为了探索碳氢键的精准转化,刘国生课题组早在2016年就与美国威斯康欣大学教授Stahl 合作,首次揭示了手性的两价铜氰物种可以有效地捕捉苄位自由基(Science 2016, 353, 1014)。这不仅回答了上述第二个科学问题,也为第一个科学问题的研究奠定了坚实基础。

烯丙位碳氢键与苄位碳氢键的键能相近,都属于活性的碳氢键范畴,因此实现烯丙位碳氢键的不对称氰化反应是可预期的。然而由于烯烃分子常含有多个烯丙位的氢原子,生物活性分子(天然产物、药物等)中也往往存在多个烯烃,因此,多个烯丙位碳氢键的存在导致自由基攫氢的选择性问题,同时形成的烯丙基自由基在后续反应中还存在区域、立体和对映体选择性等问题,使得反应变得异常复杂。

论文第一作者、博士生李家园介绍,为了探索烯丙位碳氢键的选择性攫氢问题,研究人员首次发现金属铜物种可以与含磺酰胺的氮自由基发生配位,由此来调节氮自由基的攫氢能力和选择性,实现了高位点选择性的烯丙位碳氢键的攫氢反应,并从理论计算角度阐述了金属调控氮自由基选择性攫氢的新机制。

“这一发现为后期研究碳氢键的选择性转化提供了全新的思路。”刘国生表示,更令人欣喜的是,自由基攫氢所得的烯丙位自由基也可以被体系中的手性铜氰物种所捕捉,同样以高区域、高对映体选择性得到单一的手性氰化产物,从而实现了复杂烯烃分子的精准转化。

刘国生进一步解释说,该反应体系不仅具有非常宽广的底物普适性和官能团兼容性,还适用于复杂药物分子的后期精准修饰,为新药研发以及药物分子改造提供新的途径。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-019-1655-8

 
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