「Spotlight Research」羰基催化策略实现苄胺α位的C-H键对醛的不对称加成

研究论文介绍

「Spotlight Research」羰基催化策略实现苄胺α位的C-H键对醛的不对称加成

2022/11/30
研究论文介绍
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Author: CS editor

作者：石油醚

本期热点研究，我们邀请到了本文第一作者，来自上海师范大学博士生的侯承康同学为我们分享。

2022年11月28日， Nature Catalysis在线发表了来自上海师范大学赵宝国教授团队题为「Catalytic asymmetric α C(sp³)–H addition of benzylamines to aldehydes」的研究论文。文章中，赵宝国教授基于羰基催化策略，利用发展的手性吡哆醛催化剂，首次实现了手性吡哆醛催化剂活化苄胺α位的C-H键，以达到无保护的苄胺对于芳基醛的不对称加成反应，一步得到高非对映选择性和优秀对映选择性的β-氨基醇产物。

“Catalytic asymmetric α C(sp³)–H addition of benzylamines to aldehydes.

Chengkang Hou, Bingfei Peng, Shen Ye , Zeyang Yin, Jing Cao, Xiao Xiao & Baoguo Zhao*

Nat. Catal., 2022, 5, 1061-1068, doi: 10.1038/s41929-022-00875-3”

Q1. 请对“Catalytic asymmetric α C(sp³)–H addition of benzylamines to aldehydes.”作一个简单介绍。

受到苏氨酸醛缩酶 (Threonine aldolases)促进甘氨酸与醛发生Aldol反应的启发，上海师范大学赵宝国教授课题组基于辅酶 (Coenzyme)Vitamin B₆的相关结构，设计出一系列新型的手性吡哆醛/吡哆胺 (Pyridoxal/Pyridoxamine)催化体系，并顺利实现了一系列α-酮酸的仿生转氨化 (Biomimetic transamination)反应 (Org. Lett. 2015, 17, 5784；Org. Lett. 2016, 18, 3658；J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 10730.；Nat. Commun. 2021, 12, 5174)，同时，该小组成功开发出采用手性吡哆醛作为催化剂的仿生羰基催化反应方法学 (Science. 2018, 360, 1438; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 10588； Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 20166；Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202200850；Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202206111)。而且，在模拟酶催化过程的研究中，作者设想，通过羰基催化策略 (Carbonyl Catalysis strategy) 可能为化学催化的甘氨酸参与的不对称Aldol反应的发展，提供一种潜在的可能性。通过选择手性吡哆醛作为催化剂，赵宝国教授课题组已经成功开发出相关的不对称仿生Mannich反应 (Science. 2018, 360, 1438)、甘氨酸酯α-C的Michael加成( Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 10588)、甘氨酸酯与三氟甲基酮之间的高效不对称仿生Aldol反应 (Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 20166)、炔丙胺α C-H键对三氟甲基酮的不对称加成反应 (Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202206111)以及甘氨酸酯α-C的不对称烯丙基化反应 (Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202200850)等方法学研究。近日，赵宝国教授基于羰基催化策略，利用发展的手性吡哆醛催化剂，首次实现实现了手性吡哆醛催化剂活化苄胺α位的C-H键，以达到无保护的苄胺对于芳基醛的不对称加成反应，一步得到高非对映选择性和优秀对映选择性的β-氨基醇产物。

Q2. 有关本次研究的时候遇到过怎样的困难呢？又是怎样克服的呢

本次研究中主要的问题是对反应中非对映选择性的控制。在课题的探索阶段，我们设计并合成了很多含有不同侧链的吡哆醛催化剂测试反应，均对于反应的非对映选择性没有很好的提升效果。因此，我们就开始着手分析反应的机理以及产物构型，确定导致反应非对映选择性低的问题所在，即手性吡哆醛催化剂在反应过程中并不能如酶的空腔那样特异性控制芳基醛底物。随后，在方酸侧链的基础上，通过优化催化剂的骨架结构使得可以在反应中控制芳基醛的空间朝向，进而实现了该反应的高非对映选择性。

Q3. 本次研究主体，有没有什么让您感觉特别辛苦和烧脑呢？

该反应中主要的问题是反应中非对映选择性的控制，归根到底是催化剂骨架以及机理研究方面的问题。特别辛苦的问题是：从最开始的酰胺侧链、硫脲侧链以及最后方酸侧链的手性吡哆醛催化剂的合成中，出现了很多的问题，如催化剂前体的合成、手性拆分以及保护基团的脱除等等很多问题，都是一步一步探索到最后解决。比较烧脑是：如何设计一个如酶的空腔那种可以很好控制芳基醛的空间朝向问题从而控制反应非对映选择性的催化剂，以及后期反应机理的研究方面很烧脑。