张志鹏课题组：不对称催化领域新进展

taipingyang

近日，我校化学与分子工程学院、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心张志鹏教授课题组在不对称催化领域取得了新的研究进展，相关研究成果以“Conformational enantiodiscrimination for asymmetric construction of atropisomers”为题发表在Nature Communications上（Nat. Commun., 2022, 13, 4735）。
         由单键的自由旋转导致的分子动态构象对分子功能和化学转化起着至关重要的作用，例如在酶催化中分子的构象就是一个影响催化活性和选择性的关键因素。然而在不对称催化中，非酶催化剂（包括过渡金属催化剂和有机小分子催化剂，例如BINAP金属络合物和手性磷酸催化剂）的结构刚性，通常被认为是实现高手性诱导的一个必不可少的因素，关于手性催化剂分子的柔性和动态构象对手性诱导影响的研究却非常少。因为直接分离不同构象具有极大的难度，所以揭示手性催化剂分子的动态构象与对映识别之间的关系也就非常具有挑战性。
         1,1'-联萘二酚（BINOL）、1,1'-联萘二胺（BINAM）和2-氨基2'-羟基-1,1'-联萘（NOBIN）是三类非常重要的轴手性化合物，在众多科学领域尤其是不对称催化中有着广泛应用。BINOL的不对称合成比较成熟，与之相比，多样化取代的BINAM和NOBIN类轴手性化合物的不对称合成一直都具有相当大的难度。近年来，多个课题组在该领域取得了突破性进展。例如：2013年List课题组和Kürti课题组分别独立报道了手性磷酸催化的联芳基肼的[3,3]-sigma重排可用于不对称合成BINAM类化合物；2019年，谭斌课题组发展了双恶唑啉-镍催化的偶氮萘与2-萘胺的不对称交叉偶联反应，以及双恶唑啉-镍（或者手性磷酸钙）催化的偶氮萘与2-萘酚的不对称交叉偶联反应，用于构建BINAM和NOBIN类化合物；2020年，谭斌课题组还报道了手性磷酸催化的亚硝基萘与2-萘酚的不对称交叉偶联反应，可以高对映选择性地合成一系列取代的NOBIN类化合物；2021年，涂永强课题组发展了SPDO-Cu催化的3位酯基取代的NOBIN类化合物的不对称合成方法；2022年，Pappo课题组以双磺酸铁作为催化剂，也报道了类似的3位酯基取代的NOBIN的对称合成反应。Maruoka, 谭斌，赵宇, 汪舰,杨晓瑜等课题组都分别发展了BINAM和/或NOBIN类化合物的动力学拆分方法。

图1. 张志鹏课题组基于分子的动态构象对映识别设计的新型轴手性催化体系

        华东理工大学张志鹏课题组基于催化剂分子的动态构象对映体识别设计发展了一个新型的手性催化体系（图1），该体系由非手性的菲罗啉-铜催化活性单元和轴手性的BINOL单元组成，两者通过碳-氧单键相连，并且碳-氧单键的旋转导致了催化剂分子具有两种截然不同的稳态构象。该体系既能催化偶氮萘与2-萘胺的不对称交叉偶联反应高对映选择性地构建BINAM类化合物（up to 98:2 e.r.），还能催化偶氮萘与2-萘酚的不对称交叉偶联反应高对映选择性地构建NOBIN类化合物（up to 2.5:97.5 e.r.）。更重要的是，通过该体系所合成的BINAM和NOBIN衍生物具有相反的绝对构型，作者通过单晶X射线衍射分析对手性催化剂分子的优势构象进行了研究，结合偶联反应的实验结果，揭示了具有相反的绝对构型两类产物是经由催化剂分子的两种不同构象生成的，并且决定产物绝对构型的是催化剂分子的构象而不是其手性单元BINOL的绝对构型。该研究充分说明了手性催化剂分子的动态构象在不对称催化反应中的重要性。
       华东理工大学赵梅欣副教授和张志鹏教授为该论文的通讯作者，博士研究生岑守义和硕士研究生黄妮妮为该论文的第一作者。相关研究工作得到了中科院上海有机所/上海交通大学丁奎岭院士的悉心指导。合肥工业大学朱元元教授和上海有机所孙杰研究员在单晶测试和结构分析方面提供了帮助。该研究工作得到了海外高层次人才引进计划青年项目、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、上海市浦江人才计划、华东理工大学、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心的资金支持
       原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32432-8


       文章来源：华东理工大学
       张志鹏博士2004年本科毕业于山东大学，2010年在中国科学院上海有机化学研究所获得博士学位，师从中国科学院院士丁奎岭教授，2011年至2017年先后在德国马克斯•普朗克煤炭研究所（师从世界著名有机化学家、有机小分子催化领域开创者之一的Benjamin List教授）、美国Scripps 研究所（师从世界著名华人化学家余金权教授）和诺华研究基金会基因组学研究所（GNF）三个世界顶尖研究机构进行博士后研究工作。以第一作者身份在顶级期刊Nature、Nature Communications和Angew. Chem. Int. Ed.上发表多篇论文，获得授权中国发明专利 2 项（其中1项已实现工业化）。2017年底入职华东理工大学化学与分子工程学院。