事關手性！Nature communications：位阻異構體不對稱結構的構象對映體鑒別

01、導讀

我們知道，構象是原子圍繞單鍵旋轉形成的空間排列。但在大多數情況下無法分離純構象，因為分子在所有可能的構象中不斷旋轉。有趣的是，當圍繞單鍵的旋轉受到限制時，一類稱為順反異構體的特殊構象就可以分離出不同的化學物質。單鍵的構象和旋轉對分子功能和化學轉化至關重要，在實際化學應用中，例如在酶催化中構象動力學就起著關鍵作用。然而，在不對稱催化中，眾所周知，非酶性手性催化劑的結構剛性通常是實現高水平不對稱誘導的必要條件，但對手性催化劑的分子靈活性和構象動力學的研究較少，手性催化劑的構象分離難度較大是阻礙其研究的主要原因，因此揭示其構象與對映體分離之間的關系具有很大的挑戰性。軸向手性分子不僅在自然界中非常豐富，而且在許多科學領域取得了巨大的成功，如材料科學和不對稱合成領域。1,1'-聯二萘酚 (BINOL)、1,1'-聯-2-萘胺（BINAM）、2-氨基-2’-羥基-1,1'-聯萘（NOBIN）是最突出和最有價值的軸向手性分子。對映體純的(R)-和(S)-BINOL及其一些衍生物如今已在市場上出售，相比之下，盡管在過去三十年中對其合成進行了大量努力，但具有不同取代模式的對映體純的BINAMs和NOBINs仍然很難獲得，因此迫切需要新的研究解決上述問題。

02、成果掠影

在此，華東理工大學化學與分子工程學院趙梅欣副教授和張志鵬教授團隊報道了一種由非手性催化活性單元（N,N-雙齒-1,10-菲羅啉）和軸向手性1,1'-聯-2-萘酚(BINOL)單元通過C-O單鍵連接而成的手性催化體系。通過單晶x射線衍射確定了C-O鍵旋轉誘導的兩種催化劑構象，發現它們分別生成了高度重要的軸向手性1,1'-聯-2-萘胺(BINAM)和2-氨基-2'-羥基-1,1'-聯萘(NOBIN)衍生物，產率高達98%，具有優良的對映選擇性(高達98:2 e.r)和相反的絕對構型。這一結果強調了不對稱催化中手性催化劑構象動力學的重要性。

相關研究成果以“Conformational enantiodiscrimination forasymmetric construction of atropisomers”為題發表在Nature Communications上。

03、核心創新點

1、以(R)-BINOL為手性單元，以N,N-雙齒1,10-菲羅啉為手性螯合單元。通過在菲羅啉單元的C2碳和手性單元一個酚羥基的氧之間形成C-O鍵，制備了一個新的配體，該配體具有軸向手性、優異的配位能力和構象靈活性。

2、選取偶氮萘與N-芐基-2-萘胺不對稱交叉偶聯生成BINAM衍生物作為反應來評價不同的屏蔽配體，并以銅作為金屬催化劑，銅從未被報道催化該反應。

3、篩選菲羅啉單元C9位置上的取代基來尋找合適的屏蔽配體后，在最優屏蔽配體條件下，生成了高度重要的軸向手性1,1'-聯萘-2,2'-二胺(BINAM)和2-氨基-2'-羥基-1,1'聯萘(NOBIN)衍生物，有著極佳的收率和對映選擇性。

4、反應產物的絕對構型是由催化劑的構象決定的，而不是BINOL的絕對構型，這是一個新的發現。

04、數據概覽

圖1、關于單鍵的旋轉和構象對映判別；? The Author(s) 2022

（a）、乙烷中的碳-碳鍵旋轉;

（b）、順反異構體中C–C單鍵的旋轉受限；

（c）、圍繞鎖定在二元金屬絡合物和二羥基磷酸中的C–C單鍵旋轉；

（d）、不對稱構象對映體識別手性催化體系的設計；

圖2、偶氮萘與2-萘胺不對稱交叉偶聯的構象對映體鑒別；? The Author(s) 2022

（a）、屏蔽篩選（48h）;

（b）、羥基的影響（48h）；

（c）、底物范圍(60h)；

圖3、偶氮萘與2-萘酚不對稱交叉偶聯的構象對映體鑒別；? The Author(s) 2022

（a）、構象平衡對對映體鑒別的影響；

（b）、底物范圍；

圖4、單晶X射線衍射法測定構象；? The Author(s) 2022

（a）、由L8、Cu(MeCN)₄PF₆和2-(蒽-9-基)-9-氯-1,10-菲羅啉(L15)制備了銅配合物Cu-1；

（b）、由L13和CuCl制備的銅絡合物Cu-2；

05、成果啟示

綜上所述，該研究可用于高價值的軸向手性BINAM和NOBIN衍生物的對映選擇性合成。這一工作揭示了催化劑的構象偏好與構象控制的對映體分辨之間的關系，產物的絕對構型是由催化劑的構象決定的，而不是BINOL的絕對構型。該研究結果強調了手性催化劑構象動力學在不對稱催化中的重要性，對其他手性催化劑的發展具有一定的啟發意義。

文獻鏈接：Conformational enantiodiscrimination forasymmetric construction of atropisomers（NatureCommunications，2022，https://doi.org/10.1038/s41467-022-32432-8）

06、通訊作者簡介

趙梅欣

趙梅欣，副教授，華東理工大學化學與分子工程學院碩士生導師。

研究方向：有機化學

（1） 有機分子、有機分子/金屬協同催化的新型不對稱反應;

（2） 具有生物活性的手性雜環化合物的新合成方法;

（3） 功能材料的合成及應用；

張志鵬

張志鵬，教授，華東理工大學化學與分子工程學院博士生導師，國家級青年高層次人才。

研究方向：有機化學

以有機合成方法學和不對稱催化為主要研究方向，包括過渡金屬催化、有機小分子催化、碳氫鍵活化、有機光化學等領域，致力于發展新穎、高效和實用的手性催化劑和有機合成方法。