發(fā)布時(shí)間：2024-12-24
近日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院朱強(qiáng)/羅爽課題組通過密度泛函理論（DFT）輔助，實(shí)現(xiàn)了鈀催化吲哚芳基異腈的C-H亞胺基環(huán)化反應(yīng)，對映選擇性地合成了多種稠環(huán)吲哚骨架的阻轉(zhuǎn)異構(gòu)體。相關(guān)研究成果以“DFT-Assisted Atroposelective Construction of Indole-Fused N-Heteroaromatic Frameworks through Palladium-Catalyzed C-H Imidoylation”為題，發(fā)表在國際催化期刊ACS Catalysis上。(ACS Catal.2025, 15, 255–264)
“阻轉(zhuǎn)異構(gòu)體（Atropisomer）”是指由于空間位阻或電子效應(yīng)導(dǎo)致的單鍵旋轉(zhuǎn)受阻的構(gòu)象，表現(xiàn)出與其他立體生成元素相似的對映體特征。軸手性雙（雜）芳基作為一種重要的阻轉(zhuǎn)異構(gòu)體，廣泛存在于生物活性化合物中，并在不對稱催化和功能材料領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。近年來，不對稱合成雙（雜）芳基阻轉(zhuǎn)異構(gòu)體方面取得了顯著進(jìn)展。在各種策略中，借助過渡金屬催化的芳基C-H鍵直接官能化，已被認(rèn)為是將自由旋轉(zhuǎn)的雙（雜）芳基轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)受限阻轉(zhuǎn)異構(gòu)體的有效手段。然而，前手性雙（雜）芳基通常需要導(dǎo)向基團(tuán)，這在一定程度上限制了那些能提供空間位阻的取代基的多樣性。
團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)前首先利用DFT計(jì)算來解決芳基異腈手性控制相關(guān)的問題。核心問題在于中間體的異構(gòu)化速率與還原消除速率接近，導(dǎo)致產(chǎn)物缺乏立體選擇性。解決問題的關(guān)鍵，是擴(kuò)大差向異構(gòu)化與還原消除之間的速率差異，使中間體在還原消除過程中表現(xiàn)出顯著的立體選擇性。研究結(jié)果表明，當(dāng)取代基為OTMS時(shí)，產(chǎn)物的立體選擇性能得到有效控制。由于底物種類繁多以及合成過程復(fù)雜，DFT的提前預(yù)測顯著提高了整體效率并減少了實(shí)驗(yàn)工作量。
綜上，朱強(qiáng)/羅爽課題組發(fā)展了對映選擇性地合成多種稠環(huán)吲哚骨架的阻轉(zhuǎn)異構(gòu)體的新方法。包括C-C和C-N手性軸的異構(gòu)體均能有效合成。更重要的是證明了DFT計(jì)算在輔助不對稱反應(yīng)設(shè)計(jì)和提升對映選擇性方面的可靠性，為未來化學(xué)合成領(lǐng)域相關(guān)研究提供了新的思路和方法。
該論文的第一作者是2024屆博士畢業(yè)生王希龍，通訊作者是朱強(qiáng)研究員、羅爽研究員、羅宇博士和南寧師范大學(xué)黃俊副教授。徐家麗同學(xué)（南寧師范大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)）和王垣予同學(xué)也參與了該課題的研究工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、廣西自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
圖1?DFT輔助的鈀催化對映選擇性C-H鍵亞胺基環(huán)化反應(yīng)
圖2?通過DFT計(jì)算篩選模板底物
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