Angew. Chem. Int. Ed.：銠催化不對稱氫化過程中對映選擇性的自動量子力學預測

【引言】

現代量子化學在設計過渡金屬催化反應的手性配體方面具有著巨大的潛力。然而，新型手性催化劑的計算設計對于研究工作者們來說仍然是一個巨大的挑戰。導致這種挑戰的原因是多方面的，主要包括給定轉化過程的機械方式的多樣性，以及需要準確計算出溶劑或添加劑的相對反應速率。即使是簡單的反應，要想獲得可靠的立體選擇性量子力學預測結果，通常也需要優化數百個分子結構，包括許多過渡態（TSs）。這樣的計算既耗時又乏味，因此新型手性配體的實驗合成和測試仍然是其開發的首選途徑。

【成果簡介】

近日，德克薩斯A&M大學、佐治亞大學的Steven E. Wheeler教授（通訊作者）在Angew. Chem. Int. Ed.上發表了題為“Automated Quantum Mechanical Predictions of Enantioselectivity in a Rhodium-Catalyzed Asymmetric Hydrogenation”的文章。在這篇文章中，作者描述了一種計算工具包（AARON：一種用于新型催化劑的自動化反應優化器），它以密度泛函理論（DFT）為基礎篩選過渡金屬催化反應的手性配體。這些反應都具有明確的反應機理，而不存在多個立體控制過渡狀態。上述的這種計算工具包被用來表征(E)-β-芳基-N-乙酰基酰胺（含新型C₂對稱磷配體）的Rh催化不對稱氫化過程。

【圖文導讀】

圖一：(E)-β-芳基-N-乙酰基酰胺

Tang等提出了開發C₂對稱磷配體的新方法，如WingPhos（上圖所示）。與普通的配體如BINAP和Josiphos相比，WingPhos在(E)-β-芳基-N-乙酰基酰胺的Rh催化不對稱氫化反應中具有高立體選擇性。

圖二：氫化物轉移過程中可能出現的TS結構

第一類（TS1）和第二類（TS2）氫化物轉移過程中可能存在的TS結構。對于TS2，示出了預先加入的氫，以粗體H表示。

圖三：TS參數與結構表征

(a) 氫轉移TS結構和相關中間體的自由能（與分離的反應物和催化劑有關）。

(b) TS結構的關鍵部分。對于TS1β1(S)，插圖突出展示了TS中的空間沖突。 為了清楚起見，已去除氫原子。

【小結】

本文作者介紹了一種適用于過渡金屬催化反應的新版本計算工具包AARON。這個新版本的AARON可自動優化和玻爾茲曼加權，以預測反應的立體選擇性所需的過渡狀態，包??括自動考慮低位構象。雖然這樣的計算可以使用傳統的工具進行，但由AARON提供的自動化方式大大加速了該過程，從而為選擇性過渡金屬催化反應的手性配體的計算篩選打開了大門。文章通過篩選(E)-β-芳基-N-乙酰基酰胺的不對稱氫化手性配體證明了AARON的有效性。雖然純粹的計算催化劑設計的時代尚未到我們身邊，但是這項工作無疑是為這一目標推進了重要的一步。

文獻鏈接：Automated Quantum Mechanical Predictions of Enantioselectivity in a Rhodium-Catalyzed Asymmetric Hydrogenation（Angew. Chem. Int. Ed. 2017，DOI: 10.1002/anie.201704663）

本文由材料人編輯部計算材料組daoke【郭陽】供稿，材料牛整理編輯。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。

儀器設備、試劑耗材、材料測試、數據分析，上測試谷!