本报讯 中国科大黄汉民教授团队原创性地提出了一种“自适应动态动力学拆分”(Adaptive DKR)新概念,实现了应用同一手性催化剂,在构建不同尺寸的环系过程中,产物手性中心的绝对构型随环尺寸“动态适应”性反转。这一颠覆传统认知的手性构建新概念为高效构建含多个立体中心的结构多样的氮杂多环化合物库提供了强大的合成方法学工具,并在应用于天然药物分子Martinellic acid全合成中取得显著突破(LLS短至9步、大于11%收率)。相关研究成果于6月23日发表在《自然·化学》上。
研究团队长期深耕于氮杂三元环钯络合物(Huang Complex)化学,先后以其作为Leading complex发展了新型的C-N键复分解基元新反应,并建立了有机胺动态排序的新范式。受其独特的动态平衡性质启发,团队巧妙利用胺烷基三元环钯络合物的动态互变特性,富有创见性地提出“自适应动态动力学拆分”(Adaptive DKR)手性建立新概念。在自适应DKR模型中手性诱导步骤与催化剂-底物结合步骤“解耦”并融合于后续的转化过程中,使得生成的环钯中间体的构型可调,并能根据成环过渡态的能量差异(主要由目标环尺寸决定)进行动态互变,最终实现环尺寸变化时立体构型的“自适应反转”。
基于这一创新机制,团队发展了一套高效的钯催化不对称环化反应(如图所示)。使用完全相同的手性双膦配体螯合的钯催化剂,当改变胺基二烯链长度(即改变目标产物的环尺寸)时,产物分子中氮原子邻位手性中心构型发生了反转,合成六元环和七元环的氮杂并环产物时,主要立体异构体氮原子邻位手性中心呈S构型;而合成五元环产物时,该位置则“自适应”地反转为R构型。该反应底物普适性优异,能够兼容多种水杨醛、邻氨基芳香醛、胺烷基醛及胺基二烯底物,以良好的收率、非对映选择性和对映选择性构建含有多个连续手性中心的结构多样的氮杂多环化合物。
该策略能够应用于复杂天然产物 (−)-Martinellic acid 的高效全合成。Martinellic acid分离自亚马逊雨林植物,具有独特的三环稠合骨架和三个连续手性中心,其立体选择性全合成极具挑战性。已知文献报道中其合成路线为12-25步,总产率仅3.3%。黄汉民教授团队巧妙地利用自适应DKR策略作为关键的手性骨架构建步骤,从商业可得原料出发,仅用9步即可完成(−)-Martinellic acid的全合成,总产率达11%,充分彰显了自适应DKR策略在复杂分子合成中的强大威力。
该工作的第一作者是中国科大特任副研究员于帮魁,黄汉民教授为唯一通讯作者。
(化学与材料科学学院 精准智能化学全国重点实验室 科研部)