科学研究

【科技自立自强】西安交大科研人员在手性催化剂配体设计方面取得重要进展

来源：交大新闻网日期：2022-06-09 09:18 浏览量：

伴随生命和材料领域的发展，精准构筑手性物质的重要性日益凸显。过渡金属催化不对称反应是构建手性分子的主要方法，而手性配体是调控催化剂活性和立体选择性的关键因素。2,2′-联吡啶配体是金属催化反应中广泛使用的经典配体，在廉价金属催化、仿酶催化及光、电催化等重要新兴领域常作为优选配体。然而，不对称催化领域至今仍然缺乏普适性的手性联吡啶配体，其主要困难是吡啶的芳香性平面结构难以引入手性元素，现有配体骨架可修饰性差，提高立体选择性常伴随催化活性降低。因此，手性联吡啶配体的发展仍然是不对称催化领域亟待解决的重要挑战。

前沿院李鹏飞教授课题组致力于有机硼化学和吡啶衍生配体的研究。近期，针对手性联吡啶的设计难题，通过分子层面的精心设计，开发了一类新骨架手性联吡啶配体SBpy。该配体具有[6-5-3]刚性稠环结构，实现了中心金属近程位阻最小化和远端侧链结构的高度可调性，克服了立体选择性和催化活性之间的矛盾。有别于传统的手性配体设计思路，SBpy具有“内松外紧”的结构特征，与广谱性酶（如细胞色素P450）异曲同工，为手性催化剂的设计提供了新思路。

课题组通过药物合成中常见的羰基加成反应展示了SBpy设计的合理性与有效性。目前，当量金属试剂对羰基的不对称加成发展成熟，但以易得的卤化物为原料实现该转化则更具经济性和普适性。以二苯甲酮衍生的Ph-SBpy为配体，课题组首次实现了分子间芳基卤化物对芳基醛的不对称加成反应。该反应催化活性高，条件温和，大多数底物均取得了优秀的收率和对映选择性，成功应用于复杂药物的合成与衍生化，为手性分子的立体选择性合成提供了新工具。研究表明，Ph-SBpy既具有富电子配体骨架，又使近程空间位阻最小化，且侧链基团也可保证活性催化剂的稳定性。因此，SBpy在低温下仍可“活性不打折”地实现优异的立体选择性。结合通过密度泛函理论，课题组得到了立体选择性关键步骤的优势过渡态结构，其中反应物芳基和与配体的苯基之间存在π–π堆积作用，进一步解释了Ph-SBpy比其它富电子、低位阻联吡啶配体活性更高的原因。