近日，杭州師范大學有機硅化學及材料技術教育部重點實驗室徐利文團隊在Nature子刊發(fā)表不對稱鈀催化構建硅-碳鍵新成果；在Science China Chemistry 發(fā)表硅介導創(chuàng)制新型手性氨基酸衍生物方面新進展。
徐利文團隊在Nature子刊發(fā)表不對稱鈀催化構建硅-碳鍵新成果
近日，有機硅重點實驗室徐利文教授團隊Nature旗下子刊Nature Communications（2018 IF 12.353）發(fā)表了題為“Stereospecific Si-C Coupling and Remote Control of Axial Chirality by Enantioselective Palladium-Catalyzed Hydrosilylation of Maleimides”的研究成果（https://www.nature.com/articles/s41467-020-16716-5）。硅氫加成反應是有機硅化學領域中最為重要的反應之一，也是有機硅材料工業(yè)中已得到廣泛應用的基本反應之一，如硅烷偶聯(lián)劑與硅橡膠等產品技術均涉及到硅氫加成反應。但烯烴或炔烴的立體選擇性硅氫加成反應過程仍然是具有挑戰(zhàn)性的反應體系之一，特別是隨著手性有機硅功能材料與開發(fā)含硅藥物分子的發(fā)展需要，不對稱催化硅氫加成反應的重要性越發(fā)凸顯，近年來已成為有機硅化學的前沿熱點之一。目前，已知多種手性金屬催化體系可用于解決末端烯烴和炔烴的不對稱硅氫化反應，但非端烯或類似物的不對稱硅氫化反應極為少見；同時，對于羰基取代的活性烯烴參與的不對稱硅氫化反應更是鮮有報道，其挑戰(zhàn)性不僅在于立體選擇性的控制，而且其化學選擇性難以有效控制而產生大量結構不同的副產物，致使相關反應過程的實用性較差。迄今為止，關于不飽和羰基烯烴化合物的高立體選擇性不對稱硅氫化反應尚未見報道。最近，有機硅化學及材料技術教育部重點實驗室的徐利文教授課題組首次實現了馬來酰亞胺衍生物的不對稱催化硅氫加成反應，建立了高效的鈀/膦配體催化體系，能夠高化學選擇性及立體選擇性地構建了含碳手性中心的硅基酰亞胺產物（up to 98%ee），并具有較為理想的底物普適性。與此同時，還進一步利用芳香胺N-鄰位的大位阻取代基產生的阻轉異構現象，考察了不對稱硅氫加成反應遠程誘導構建阻轉異構手性的催化過程，發(fā)現鈀催化的不對稱硅氫加成反應可一步構建含碳手性中心和C-N軸手性。建立的最佳反應條件可適用于一系列N-苯基2,6位鄰位取代的馬來酰亞胺，同樣有著良好的收率和優(yōu)異的選擇性（up to 95%ee和>99:1 dr），這些既含碳手性中心又含軸手性的阻轉異構體是一類化學穩(wěn)定的新物質，易于分離獲取，具有潛在的應用價值。該團隊還對反應機理進行了深入考察，為鈀催化體系的高立體選擇性控制能力提供了理論依據。在本項研究工作中，還基于已建立的不對稱硅氫加成反應體系，對其在合成復雜分子方面的應用價值進行了研究。利用硅介導的氧化反應或硅的占位效應等合成了一系列新型手性物質，特別是在光催化環(huán)加成反應體系中，驗證了可將易于離去的手性硅基團用于誘導產生新的手性中心這一新思路，有望將這一策略用于填補無手性金屬體系參與的光催化往往難以構建手性中心的缺憾，實現有機硅化學與當前多樣性合成化學策略的完美結合！有機硅化學及材料技術實驗室2018級碩士生顧幸威為論文第一作者，通訊作者為徐利文教授，該工作得到了國家自然科學基金項目和浙江省自然科學基金重點項目以及化學A類一流學科等項目經費的支持。徐利文團隊在硅介導創(chuàng)制新型手性氨基酸衍生物方面取得新進展近日，有機硅重點實驗室徐利文教授團隊在Science China Chemistry（一區(qū)期刊，2018 IF = 6.085）上在線發(fā)表了最新研究成果“Silicon-mediated Enantioselective Synthesis of Structurally Diverse a-Amino Acid Derivatives”（https://link.springer.com/article/10.1007/s11426-020-9768-x）。氨基酸是生命機體的重要物質基礎，有機生命體每一個細胞的重要組成部分都離不開氨基酸的參與,自然界中手性氨基酸的產生更是與手性起源息息相關，是生命科學和化學科學的基本化學物質之一！在過去數十年里，對手性氨基酸的研究特別是合成策略的發(fā)展一直方興未艾，帶動了相關學科的發(fā)展。新型氨基酸結構的設計與不對稱催化合成對新藥的研制同樣具有重要的促進作用。近年來，徐利文教授團隊專注于硅基催化合成化學(SiMOS)的新方法研究，在開發(fā)硅介導的合成及不對稱催化新反應方面作出了系統(tǒng)性的研究成果（關于SiMOS的特邀專題性論文：Synlett, 2020, 31, 21-34；近期新進展：Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 790-797；Chem. Commun., 2020, 56, 4188-4191；Chem. Sci., 2019, 10, 7579-7583等）。最近，該團隊利用?；柰榈拇笪蛔栊约懊摴璩扇┑奶匦?，將不飽和烯基酰化硅烷作為烯醛的等價物，設計構建了一類新型的銅催化（3+2）環(huán)加成反應，在成功建立最佳的手性控制條件后，高收率地合成了20余種高ee值的含?；柰楣倌軋F的手性氨基酯類衍生物，從而可簡單地實現脫硅反應獲得醛基手性氨基酸衍生物，大大拓展了傳統(tǒng)的1,3-偶極子環(huán)加成反應的官能化多樣性，解決了含醛的手性吡咯啶（脯氨酸類似物）合成難題。在研究過程中，該團隊還意外地發(fā)現氟負離子與硅原子的相互作用形成可能的高價硅物種過程中，催化量的氟離子就可引起五元吡咯環(huán)的beta-消除反應即發(fā)生逆氮雜Michael加成反應，從而打破吡咯烷的五元環(huán)骨架，形成線性氨基酸類衍生物，通過快速發(fā)生3種不同的斷鍵或成鍵方式來一步獲得結構復雜的手性氨基酸衍生物，如在碘甲烷存在的情況下，可得到烯醛取代的氨基酯衍生物；而沒有碘甲烷存在時，整個?；柰榭呻x去（脫羰反應）形成烯丙基氨基酯衍生物；在這些首次發(fā)現的新反應過程中，除反應點外，手性中心得以很好地保留，為構建相關手性物質提供了簡單實用的新方法，并通過大量的機理研究驗證了硅基團的重要性，充分顯示了硅基催化合成化學（SiMOS）特別是硅介導的手性合成化學的巨大潛力及其魅力！有機硅實驗室2017級碩士生馬俊涵為論文第一作者，通訊作者為徐利文教授，該工作得到了國家自然科學基金項目和浙江省自然科學基金重點項目等項目經費的支持。徐利文教授，博士生導師，杭州師范大學有機硅化學及材料技術教育部重點實驗室主任，浙江省有機硅材料重點實驗室主任，材料與化學化工學院副院長。長期從事不對稱催化、有機硅化學及材料等領域的研究工作，先后得到了6項國家自然科學基金項目和浙江省杰青、重點項目的持續(xù)支持，已累計在Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci., ACS Catal.等國際權威期刊發(fā)表SCI論文150余篇，研究成果已被他人累計引用超4000次，H因子為38。在構建高效催化體系的新配體創(chuàng)制等方面取得了一系列科研成果，以非等價配位新理念首創(chuàng)了多種多官能化聯(lián)芳類/非聯(lián)芳類/多配位點的特色手性配體，在30余個有機反應中得到成功應用，其中一類配體被國際同行命名為Xu's Ar-BINMOLs配體；在導向硅基催化合成化學的硅手性中心構建、反應設計及其催化策略方面，實現了相關催化反應的高效化、高化學/立體選擇化和綠色廉價化，成功地拓寬了功能化硅烷/含硅聚合物在資源轉化與催化化學領域的應用研究。先后應邀撰寫學術專著5章節(jié)，2019年度進入斯坦福大學John P.A. Ioannidis教授研究團隊發(fā)布的全球科學家22年綜合榜（1996-2017）影響力指數前1%（PLOS Biology 2019, 17: e3000384）；近年來還以排名第一獲得包括浙江省自然科學二等獎在內的3項省部級科技獎勵以及The Thieme Chemistry Journal Award（2015年度）；先后受邀擔任Green Synthesis & Catalysis、《有機化學》等多家國內外學術期刊的編委或顧問編委。
