西湖大学王兆彬团队J. Am. Chem. Soc.：光和过渡金属以及有机小分子三重催化合成手性氨基醇

前沿科研成果

光和过渡金属以及有机小分子三重催化合成手性氨基醇

手性富集胺广泛存在于天然产物、药物、金属配体和精细化学品中。科学家已经付出了相当大的努力来合成手性胺，从而开发了各种成功的合成策略。在这些策略中，来源广泛的脂肪胺的不对称α-C-H官能化已经成为获得手性胺的最有效和成本效益最高的方法之一。在这种情况下，传统方法主要集中在脂肪胺的直接对映选择性α-锂化，用于随后的亲核加成或过渡金属催化的立体选择性交叉偶联。然而，这些方案严重依赖于活性脂肪锂碱，并且通常需要当量的手性试剂。尽管在金属或有机催化的胺不对称α C-H官能化方面已经有了一些优秀的工作，但这些方法仍然相对不常见，而且这些方法主要产生具有单一立体中心的手性胺。因此，开发替代催化模式，如自由基反应，以及合成具有邻位立体中心的手性胺仍然是重要挑战。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

西湖大学王兆彬团队一直致力于丰产金属催化的不对称自由基反应研究，并取得了一系列成果(Angew. Chem. Int. Ed.2022, 61, e202117114; ACS Catal.2022, 12, 11152; ACS Catal.2023, 13, 3170; Angew. Chem. Int. Ed.2023, 62, e202305987; J. Am. Chem. Soc.2023, 145, 20775-20781.)。此外，通过将传统反应体系和光化学相结合，高效合成了一系列具有高附加值的手性分子(Nat. Commun.2022, 13, 5036; Chem,2024, doi.org/10.1016/j.chempr.2024.01.003 )。基于之前的研究，他们利用光氧化还原、氢原子转移(HAT)和铬催化的协同作用，实现了α-氨基C-H键对醛类化合物的不对称加成，可以高效得到手性氨基醇类化合物。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

该科学发现成功开辟了合成这些重要分子的全新途径。该反应具有良好的底物适应性和官能团兼容性。结果表明，各种芳香醛、一级、二级、以及芳香胺的反应均顺利进行，产率介于中等到良好之间，立体选择性较高，得到了一系列手性β-氨基醇类化合物。该反应对于多种官能团（包括氟、氯、三氟甲基、噻吩、呋喃、吡啶）具有良好的兼容性。对于天然产物和药物衍生的手性醛，该反应也能以良好的产率和立体选择性得到相应的目标产物。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

为展示该策略在合成中的应用潜力，作者进行了大规模的实验，通过简单的转化和去保护基反应，可获得优秀立体选择性的β-氨基醇产物。通过后续转化，可以制得taxol片段衍生物epi-cytoxazone，以及生物活性分子AM-8735，展示了该策略在合成药物分子方面的潜在应用价值。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

他们提出了如下可能得催化循环。光激发IrIII光敏剂生成激发态络合物*IrIII（E1/2 [*IrIII/IrII]= +1.21 V vs. SCE在MeCN中）。喹啉的还原淬灭（Ep= +1.1V vs. SCE在MeCN中）生成还原的光催化剂IrII和自由基阳离子A。随后，由喹啉阳离子A对1a进行选择性氢原子攫取形成α-氨基自由基B（α-氨基C–H键解离能= 89–94 kcal/mol），同时产生喹啉离子C（喹啉的N+–H键解离能= 100 kcal/mol）。随后生成的α-氨基自由基B和醛发生加成反应，生成中间体E。由喹啉离子C解离E中的Cr–O键生成产物3a并再生喹啉。CrIII/L1络合物容易被IrIII还原（E1/2 [IrIII/IrII]= -1.37 V vs. SCE在MeCN中），以再生CrII/L1和IrIII，从而完成催化循环。在反应体系中，金属铬催化剂可以高效的控制反应的立体选择性，有机小分子奎宁环作为氢原子转移试剂（HAT），选择性的切断胺基α-位碳氢键，产生α-氨基自由基，同时攫取的氢原子还能促进Cr–O键的解离。光敏剂在光照条件下实现电子的转移，促进三催化循环的顺利发生。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

总之，王兆彬团队结合过渡金属和有机小分子催化，利用可见光作为能量来源，高选择性的实现特定碳氢键转化，可将来源广泛的醛和胺类化合物转化为高附加值的手性β‑氨基醇。该成果为合成含有氨基醇类骨架的药物分子以及手性配体提供了新的合成途径。在反应体系中，金属铬催化剂可以高效的控制反应的立体选择性，有机小分子奎宁环作为氢原子转移试剂（HAT），选择性的切断胺基α-位碳氢键，产生α-氨基自由基，同时攫取的氢原子还能促进Cr–O键的解离。光敏剂在光照条件下实现电子的转移，促进三催化循环的顺利发生。

论文信息：

https://doi.org/10.1021/jacs.3c12043

A Radical Approach for Asymmetric α-C–H Addition of N-Sulfonyl Benzylamines to Aldehydes

Hui Hu§, Zhaoxin Shi§, Xiaochong Guo§, Feng-Hua Zhang, and Zhaobin Wang*(§: contributed equally)

课题组简介

课题组研究领域（https://wang.lab.westlake.edu.cn/index.htm）：

本课题组主要围绕前丰产廉价金属催化开展相关研究，主要涉及不对称过渡金属催化、不对称自由基反应等，并进一步探索所发展的合成方法学在生物活性分子、有机功能分子合成中的应用。

课题组招生、招聘：

1. 博士后招聘：有机化学研究背景的博士毕业生，提供优厚个人待遇和补助（享受杭州市博后各种补贴，可自行查询或咨询）。

2. 博士生招生：欢迎有相关背景的（应届/往届）本科生和硕士生申请攻读西湖大学博士研究生。

3. 科研助理：化学专业硕士毕业，精通有机合成化学或有药物化学研究背景。

4. 本科生短期项目：化学专业本科生或本科毕业，如申请国外出现GAP的优秀同学。

联系方式

邮箱：wangzhaobin@westlake.edu.cn

课题组网站：https://wang.lab.westlake.edu.cn/index.htm

教授简介

王兆彬，2011年本科毕业于南京大学，获得学士学位。2015年毕业于香港科技大学，获得博士学位，师从孙建伟教授。2016至2019年，在美国California Institute of Technology的Gregory C. Fu 教授课题组从事博士后研究。于2019年10月加入西湖大学理学院，开展独立研究工作。

邀稿

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