物质学院杨晓瑜课题组实现机械平面手性轮烷的高效不对称合成

近日，上海科技大学物质科学与技术学院杨晓瑜课题组在机械平面手性轮烷不对称合成领域取得突破。研究成果在国际知名期刊《化学》（Chem）上在线发表。

机械互锁分子（Mechanically Interlocked Molecules, MIMs）是一类通过分子组件空间纠缠形成的超分子体系，其核心特征是通过非共价作用形成的机械键（Mechanical Bond）实现结构互锁。作为MIMs的典型代表，轮烷（Rotaxane）由环状分子（大环）与贯穿其中心的哑铃状轴分子通过空间限域作用构成。机械平面手性（Mechanically Planar Chiral, MPC）轮烷因其独特的拓扑手性结构，在分子开关、手性传感和不对称催化等领域有着重要应用潜力。当前合成仍主要依赖手性色谱柱对外消旋体的拆分方法，实现直接、高效的催化对映选择性构建MPC轮烷仍面临重大挑战。这主要归因于，轮烷较大的分子尺寸导致催化位点与反应中心的精准定位困难，机械键的构象灵活性使得立体选择性区分变得极为复杂。发展新型催化体系已成为当前超分子化学领域的前沿研究方向。

催化不对称合成机械平面手性轮烷

杨晓瑜课题组长期致力于实现复杂、新颖手性分子结构的高效不对称合成。本工作以含对称大环的前手性轮烷为原料，基于自主发展的手性磷酸催化芳胺亲电胺化反应，借助去对称化策略成功实现了机械平面手性轮烷的高效不对称构建（图1）。该方法展现出两大优势：底物普适性优异，可兼容多种结构类型；对映选择性突出，产物对映体过量百分数（ee值）可达99%。尤为重要的是，本工作突破了传统方法需在轮烷非反应组分预装导向基团的限制，首次实现了无导向基团条件下的高立体选择性控制。机理探究表明，轮烷体系中大环与轴分子间存在的多重非共价相互作用（如氢键、π-π堆积等），可有效预组装并刚性化轮烷构象，这种动态预组织效应是获得反应高立体选择性控制的关键，将为机械手性互锁分子的不对称合成提供新的解决思路。

上科大物质学院杨晓瑜课题组博士后唐梦瑶和2023级博士研究生周金淼为本项工作的共同第一作者，上海科技大学为本论文唯一完成单位，杨晓瑜教授为本文通讯作者。

论文标题：Catalytic enantioselective synthesis of mechanically planar chiral rotaxanes by organocatalyzed desymmetrization

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929425002852