陈才友:铜催化氧亲核试剂的立体汇聚烷基化

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格林威治时间2023年3月30日，《自然》（Nature）杂志在线发表了武汉大学化学与分子科学学院陈才友教授的研究成果“铜催化氧亲核试剂的立体汇聚烷基化”（10.1038/s41586-023-06001-y）。文章题目为“Copper-Catalyzed Enantioconvergent Alkylation of Oxygen Nucleophiles”，美国科学院院士Gregory C. Fu为通讯作者，陈才友教授是除通讯作者外的唯一作者。

        该研究的前期研究工作由陈才友教授在美国加州理工学院完成，后期工作由陈才友教授在武汉大学完成。 除该研究工作外，陈才友教授在Gregory C. Fu教授课题组从事博士后研究期间，研究成果以第一作者身份于2021年也发表于Nature（Caiyou Chen, Jonas C. Peters*, Gregory C. Fu*, Nature, 2021, 596, 250–256）。
C-O键广泛地存在于包括药物、生物活性分子和材料分子等有机化合物中，因而C-O键的高效构建在有机合成中极为重要。在药物合成中，杂原子的烷/芳基化是使用率最高的反应，而C-O键的构建在杂原子的烷/芳基化中使用的频率最高，其出现的频次约占被报道的研究工作的9%-21%。最为高效的构建C-O键的方法之一是氧亲核试剂的烷基化反应（Williamson反应）。然而，Williamson反应有很大的局限性，不能适用于二级以上的亲电试剂等含有大位阻的反应底物，同时也不能用于手性C-O键的构建。不对称Williamson反应非常具有挑战性，目前没有相关报道。
        陈才友/Gregory C. Fu教授通过引入Cu/手性噁唑啉催化剂，成功实现了alpha-卤代二级酰胺与一系列的氧亲核试剂（广泛的酚、醇等）的不对称C-O成键反应。此外，该催化体系除了能实现不对称C-O成键反应外，还能高效实现不对称C-N成键反应，其中包括挑战性的苯胺和未保护的烷基胺与烷基亲电试剂的C-N成键反应。该体系能用于合成广泛的手性烷基醚和胺类化合物，其中包括直接合成IMPDH抑制剂和手性除草剂萘普草。
        反应动力学、电子顺磁共振、DFT计算等机理研究表明，手性C-O及C-N键的构建涉及Cu(III)机制，其中经历自由基历程。此外，反应可能经历另一种涉及氮丙啶酮中间体的途径，该途径可以解释外消旋的背景反应和不对称催化反应的反应速率相当时为何催化体系仍然能取得优异的对映选择性。
该体系由于能同时实现挑战性的不对称C-O和C-N键的构建，并且使用廉价的丰产金属Cu和可商业获得的手性噁唑啉配体为催化剂，将为手性胺类和醚类化合物的高效合成打开快速发展的大门。
        原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06001-y
        陈才友教授简介
        陈才友，武汉大学化学与分子科学学院教授，博士生导师，课题组长，2022年入选国家海外高层次人才引进计划，同年入选湖北省海外高层次人才计划。2012年本科毕业于武汉大学，2017年博士毕业于武汉大学，师从张绪穆教授。2017~2022年，在美国加州理工学院从事博士后研究，师从美国科学院院士Gregory C. Fu和Jonas C. Peters。2022年7月加入武汉大学开展独立研究工作，课题组的研究方向廉价金属和稀土金属的不对称光催化、手性催化剂开发、药物绿色合成、反应机理研究和DFT理论计算等。迄今以第一作者（含共同第一作者）身份在Nature (2篇); J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.; Acc. Chem. Res.; Chem. Sci.等杂志上发表论文18篇，共发表论文 30余篇，同时发表5篇授权专利，其发展的基于二茂铁的手性双膦配体以武汉大学冠名为Wudaphos。2017年，受邀参加第67届德国Lindau诺贝尔奖获得者大会；2022年，受邀参加第四届“世界顶尖科学家大会”。曾荣获2017年度“武汉大学十大学术之星”称号。
        文章来源：武汉大学