青海大学王春雨/张素蕾课题组Org. Lett封面文章：基于高温亚胺催化构建手性4-醛基氢化咔唑骨架和MS-245类似物

1、背景介绍

手性4-醛基氢化咔唑骨架是Akuammiline家族生物碱及高选择性5-HT6受体抑制剂MS-245类似物（IC50 = 1.5 nM）的核心骨架。理论上，该骨架可通过2-烯基吲哚与α,β-不饱和醛的不对称催化环化反应高效构建；然而，迄今文献报道的催化体系仅能得到手性3-醛基氢化咔唑衍生物，无法实现C4位醛基的区域选择性引入。因此，发展精准合成手性4-醛基氢化咔唑骨架的不对称合成策略，仍是该领域尚未解决的难题（图1）。

本研究基于自主开发的高温亚胺催化体系，通过在2-烯基吲哚的氮原子上引入强吸电子基团，显著降低吲哚C3位的亲核性，从而提升端烯作为亲核反应位点的选择性。然而该修饰亦导致分子整体反应活性下降，需较高温度反应以克服升高的活化能垒。

图1.含有4-醛基氢化咔唑骨架的代表性天然产物及活性分子

理论计算结果表明：前人工作中所采用的高活性2-烯基吲哚，其C3位亲核性远高于端烯，因而优先发生C3位的亲核加成，最终构建手性3-醛基氢化咔唑骨架；而本工作所设计的低活性2-烯基吲哚底物中，C3位亲核性被有效抑制，端烯的相对亲核能力得以凸显，实现反应区域选择性的逆转，从而为高选择性构筑手性4-醛基氢化咔唑骨架提供了关键基础（图2）。

图2.不同取代基的2-烯基吲哚分子中C3位与C2′位亲核性差异的理论计算

2、文章概述：

在本研究建立的高温亚胺催化体系下，上述低反应活性的2-烯基吲哚底物顺利和α,β-不饱和醛发生形式[4+2]反应，以高收率和优异的立体选择性获得目标手性4-醛基氢化咔唑骨架产物。尤为值得注意的是，由于吲哚氮原子上引入强吸电子取代基，所得产物中形成了热力学稳定的烯胺结构（图3）。

图3.合成4-醛基氢化咔唑的底物适用性研究

该结构不仅显著拓展了氢化咔唑类化合物的官能团多样性，更为Akuammiline家族生物碱的简洁合成提供了关键的结构前体。传统策略通常需在吲哚C3位构建季碳中心以抑制芳构化过程，而本方法无需引入季碳修饰，即可直接、高效地构建具有合成价值的烯胺结构。

基于上述方法学，我们开展了活性分子MS-245类似物（一种高选择性5-HT6受体抑制剂，IC50 = 1.5 nM）的合成研究。在探索过程中发现：[4+2]环加成产物5a经芳构化得到的化合物5b极易发生外消旋化，导致目标手性分子的立体构型无法保持，因而难以实现MS-245类似物的不对称合成。针对该挑战，我们设计了一条规避早期芳构化的策略：利用具有烯胺结构的非芳构化中间体化合物5a，通过还原胺化反应构建C–N键，获得关键中间体化合物5c；随后在酸性条件下实现芳构化，最终以优异的对映选择性成功制得MS-245类似物5d（图4）。

图4.手性MS-245类似物的合成

基于本研究发展的方法学，MS-245类似物的手性合成仅需三步转化，为目前文献报道中最简洁的合成路径；该路线全程不使用任何金属试剂，操作安全、后处理简便，具备良好的工业化应用潜力。此外，我们选取代表性产物4a和4m进一步进行还原胺化反应，均以高效率获得相应手性MS-245类似物，证实本方法学所构建的氢化咔唑骨架化合物均可作为通用前体，高效、模块化地接入药物分子合成序列。该平台性优势显著拓展了目标分子的结构多样性，为系统开展MS-245类似物的药理活性评价及构效关系（SAR）研究提供了坚实的物质基础。

最后，我们通过密度泛函理论（DFT）计算对反应机理进行了系统研究（图5），针对模型底物1a与巴豆醛的反应路径，重点计算了关键C–C键形成步骤的过渡态结构与能量特征。结果表明，优势反应路径为：首先，底物1a的C2′位对二级胺催化剂和α,β-不饱和醛形成的亚胺中间体的β-碳进行亲核进攻；随后，原位生成的烯胺中间体对1a的C3位发生分子内环化，经能垒最低的过渡态TS3形成中间体FS1；该中间体经水解释放出4-醛基氢化咔唑，并再生二级胺催化剂，完成催化循环。

图5.反应机理的理论计算

4、总结：

青海大学国重实验室王春雨和张素蕾两名助理研究员基于原创的高温亚胺催化，发展了手性4-醛基氢化咔唑骨架的高效合成，并实现了抗精神分裂候选药物MS-245类似物迄今最短的合成路线。本研究获青海大学两级财政科研实力提升项目的资助。研究成果以“Highly Enantioselective Synthesis of Chiral Hydrocarbazole-4-Carbaldehyde Scaffolds and Constrained Analogue ofMS-245 via Iminium Catalysis at Elevated Temperatures”为题，于2026年4月13日在线发表于Organic Letters，并被选为封面文章。

5.论文详情:

Sulei Zhang, Chunyu Wang*, Highly Enantioselective Synthesis of Chiral Hydrocarbazole-4-Carbaldehyde Scaffolds and Constrained Analogue of MS-245 via Iminium Catalysis at Elevated Temperatures，Organic Letters,2026, 28, 5121-5126.

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.orglett.6c00950

6. 作者简介：

张素蕾：本科毕业于重庆大学，硕士毕业于北京工业大学胡利明教授课题组，博士毕业于北京大学杨震/陈家华老师课题组，博士后合作导师为清华大学化学系李必杰老师。2022年至今为青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室助理研究员，主要研究方向为不对称催化。

王春雨：本科毕业于重庆大学，博士毕业于清华大学祖连锁老师课题组，2022年至今为青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室助理研究员，主要研究方向为有机催化、天然产物全合成。