上海交通大学化院张万斌教授团队Nature Chemistry发文:镍催化肟的不对称氢化反应

近期,上海交通大学张万斌教授团队在化学综合性Top期刊《自然-化学》(Nature Chemistry)上发表了题为“镍催化肟的不对称氢化反应(Nickel-catalyzed asymmetric hydrogenation of oximes)”的研究论文。该论文基于配体与底物之间的弱相互作用机制,利用丰产金属镍为催化剂,实现了极具挑战性的肟类化合物的高效不对称氢化还原,为手性羟胺化合物的合成提供了简便的方法。

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文章简介:

手性羟胺及其衍生物因其N-O基团易于与有机和无机分子发生反应,使得这类化合物广泛应用于生物、化学和药物研究中。半个多世纪以来,通过高效、清洁的不对称催化氢化肟(C=N-OH)来制备手性羟胺(C-N-OH)一直是不对称氢化研究领域的重要挑战。其难点主要是肟分子中的C=N双键反应活性较低而N、O原子上的孤对电子之间存在较强的排斥作用使得N-O键容易发生断裂。因此,如何在提高催化剂活性的同时稳定N-O键是实现肟的不对称氢化合成手性羟胺的关键。

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图1 过渡金属催化肟的不对称氢化反应

近年来,上海交通大学张万斌教授团队基于催化剂与底物之间的弱相互作用机制,发展了多例稀有金属和丰产金属催化的高效不对称氢化反应,实现了多种重要手性化合物的高效合成。在此基础上,近期他们将手性配体Ph-BPE与丰产金属镍络合形成手性镍催化剂,利用催化剂与底物之间的弱相互作用,成功实现了这一极具挑战性的肟类化合物的不对称氢化反应。理论计算表明,手性镍催化剂通过与肟底物之间形成的许多CH‧‧‧π/HC弱相互作用在整个催化过程中都起着重要作用。从关键过渡态中可以看出,这些弱相互作用不仅可以降低肟分子中C=N双键的还原反应能垒,从而提高丰产金属镍催化氢化C=N键的反应活性,还可以稳定肟分子中极易断裂的N-O键。该研究成功解决了不对称氢化肟获得手性羟胺这一长期以来的挑战性难题,也为丰产金属不对称氢化研究提供了新策略。

该研究得到国家重点研发计划项目(No. 2018YFE0126800)国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目(No. 21620102003)、国家自然科学基金重大项目(No. 21991112)、国家自然科学基金面上项目(Nos. 21772119, 21702134)等资助。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41557-022-00971-8

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张万斌教授团队自2003年成立以来,长期致力于手性催化剂的设计合成、高效不对称催化反应的开发及其在重要手性化合物高效合成中的应用等研究,在相关领域发表SCI论文250余篇,包括Nat. Chem.(1篇)、Nat. Sci.(1篇)、CCS Chem.(3篇)、J. Am. Chem. Soc.(8篇)、Angew. Chem. Int. Ed.(19篇)、Nat. Commun.(4篇)等。获授权发明专利50余项,参与撰写四本(章节)英文书籍。主持和参加国家自然科学基金重大、重点和重点国际合作项目、国家“重大新药创制”科技重大专项、上海市科委、经信委、教委重大和重点科技攻关项目。有多项科研成果实现工业化应用或技术转让,其中开发的青蒿素高效合成新工艺已完成500升规模的中试,复星医药与盖茨基金会合作正在推进其产业化;开发的薄荷醇不对称催化氢化合成新工艺被万华化学所采用,已建成年产1000吨薄荷醇的示范性生产车间,并正在设计年产万吨级的工厂。团队相关成果获2019年度“上海市产学研合作优秀项目奖”特等奖和2020年度上海市自然科学奖一等奖等。

张万斌教授团队主页:http://wanbin.sjtu.edu.cn/

期刊简介:

Nature Chemistry是一个发表介绍化学所有领域最重要、最尖端研究工作的高质量论文的月刊。

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