物质学院杨晓瑜课题组实现有机催化轴手性螺烷与亚烷基环烷烃的统一不对称合成

近日，上海科技大学物质科学与技术学院杨晓瑜课题组在不对称有机催化领域取得突破，实现了轴手性螺烷和亚烷基环烷烃的统一催化不对称合成，研究成果在国际学术期刊《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)上在线发表。

图1. 催化不对称合成轴手性螺烷和亚烷基环烷烃

轴手性分子是手性化学中的重要结构类型，在不对称催化、药物发现、功能材料和手性识别等领域具有广泛应用。过去20年，轴手性联芳基、杂芳基以及联烯类化合物的催化不对称合成取得显著进展。相比之下，轴手性亚烷基环烷烃和轴手性螺烷相关不对称合成研究相对稀少，尤其是通过控制立体中心构型的策略仅有几例依赖酶催化剂的报道（图1a）。在亚烷基环烷烃中，立体中心（α位）与烯烃末端连接两个不同的取代基位置（ε位）之间距离长达4.16 Å；而在轴手性螺[3.5]壬烷中，轴两端决定立体中心的两个位点之间的距离更是长达5.01 Å，如此远的空间距离通常很难通过小分子催化剂实现精准控制。

杨晓瑜课题组长期致力于利用手性磷酸催化剂，合成各种具有新颖手性元素的分子结构。该工作提出一种基于手性磷酸催化的统一有机催化不对称还原胺化策略，通过精细调控手性磷酸催化剂3,3’-芳基取代基，实现了对远端取代基的有效识别，完成了两类轴手性骨架的直接不对称合成（图1b）。该策略在底物适用性方面展现出良好的普适性，还可用于构建含两个轴手性单元的双轴结构，并可通过衍生化实现三轴螺烷的不对称合成。此外还对轴手性产物进行了多种后期衍生化实验，产物在衍生化过程中能够较好保持手性纯度，进一步凸显了该类轴手性环烷烃骨架在药物化学和手性分子设计中的潜在应用前景。

机理研究方面，上海师范大学周庆海教授通过计算研究揭示了高选择性的来源（图1c）。计算结果表明，催化剂远端的芳基取代基与底物之间存在多重非共价相互作用，包括C–H···π相互作用以及空间排斥调控等。这些相互作用共同稳定有利过渡态，同时提高不利过渡态的能量，从而实现精准远程立体诱导。

上科大物质学院杨晓瑜课题组博士后姜倩雯为本文第一作者。上海科技大学为本论文第一完成单位，杨晓瑜教授和周庆海教授为论文的共同通讯作者。

论文标题：Unified Organocatalytic Enantioselective Approach to Axially Chiral Spiranes and Alkylidenecycloalkanes

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c06853