山大张永强课题组在钛催化不对称合成研究中取得系列进展

导读

近日，山东大学化学与化工学院张永强教授课题组在钛催化不对称自由基反应研究中取得系列进展，相关成果以“(Salen)Titanium-Catalyzed Asymmetric Hydrogen Atom Transfer for Epoxides Reduction”、“A Nuclearity-Dependent Enantiodivergent Epoxide Opening via Enthalpy-Controlled Mononuclear and Entropy-Controlled Dinuclear (Salen)Titanium Catalysis”、“Quaternary Stereocenters via Catalytic Enantioconvergent Allylation of Epoxides”为题，分别在国际期刊Angew. Chem.(2022, e202214111) 、Angew. Chem.(2023, e202309525) 和J. Am. Chem. Soc.(2023, DOI: 10.1021/jacs.3c08188) 上发表。论文第一作者分别为课题组研究生徐忠芸、李胜笑、沈建，山东大学化学与化工学院均为第一完成单位。上述研究为开发前过渡金属在催化领域的应用提供了新思路，为构筑具有合成挑战性的基本化学砌块提供了高效合成方法，在相关生物活性分子的合成中具有潜在应用价值。

图1.钛催化的机遇与挑战

钛，作为地壳含量第二丰富的过渡金属（仅次于铁），具有无毒环保、生物相容等优势，是一种可持续且廉价的催化资源。我国钛储量丰富（占全球储量26%），钛原材料生产量居世界首位（占全球总产量31%）。然而，许多与精细化学合成相关的反应更倾向于使用后过渡金属，而价格低廉的前过渡金属钛往往被忽视。钛部分填充的d轨道使其具有多变的氧化态（0，+2，+3，+4）且容易形成复杂的配合物，这些特点使其在催化反应领域，特别是单电子转移的自由基化学转化中难以被“驯服”。

图2. 张永强课题组总体研究思路

图3.钛催化不对称自由基反应合成手性产品

张永强课题组自成立以来，围绕钛催化领域的前沿科学挑战开展了系统性研究，合成了一系列具有稳定性及催化活性的新型手性单核、双核钛催化剂，发展了若干新颖对映选择性自由基反应，由简单易得的消旋化工原料出发，系统构建了多类重要的碳中心手性结构，并初步探索了其在手性药物合成中的应用。主要工作包括（图3）：1）使用过渡金属氧化还原协同策略，实现了第一例配位诱导的催化不对称氢原子转移反应，构建了重要的手性三级碳结构（ACIE, 2022）；2）通过单核钛催化剂水环境下自组装为氧桥双核催化剂，发展了首例催化剂核数控制的手性翻转催化，揭示了新型双核熵控不对称催化模式（ACIE, 2023）；3）借助深度手性环境钛催化剂的设计开发，实现了首例环氧化合物的高对映选择性烯丙基化反应，构建了极具合成挑战性的手性全碳季碳结构（JACS, 2023）；4）基于上述反应，高效合成了用于治疗癫痫的临床手性药物噻加宾（Synthesis, 2023, 论文第一作者为李龙飞同学）。

上述研究工作得到国家高层次引进青年人才项目、国家自然科学基金青年及面上项目、山东省自然科学基金面上项目、山东省泰山学者工程、山东大学齐鲁青年学者启动经费等项目的资助和支持。山东大学结构成分与物性测量平台为分子结构解析提供了重要支持。

1.(Salen)Titanium-Catalyzed Asymmetric Hydrogen Atom Transfer for Epoxides Reduction

2.A Nuclearity-Dependent Enantiodivergent Epoxide Opening via Enthalpy-Controlled Mononuclear and Entropy-Controlled Dinuclear (Salen)Titanium Catalysis

3.QuaternaryStereocentersvia CatalyticEnantioconvergentAllylationof Epoxides

4.Quaternary Stereocenters via Catalytic Enantioconvergent Allylation of Epoxides

来源：山大视点