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有机笼化合物是一类具有永久笼状结构和纳米级封闭空隙的三维多环分子。1984年, Vögtle团队首次人工合成了一类功能性分子笼骨架,这一里程碑工作引发了笼状分子的研究热潮(图1a)。其中,光学纯的棱柱状分子笼因其独特的物理化学性质,在分子识别、分子分离、手性光学传感等方面应用广泛;这类手性骨架潜在的不对称催化功能也引起了化学家的持续关注。然而,目前合成棱柱固有手性笼化合物的方法主要依赖于手性底物诱导合成或通过HPLC 拆分制备,因此发展通用的和高效的不对称催化体系和方法来构建结构多样的棱柱固有手性分子笼化合物具有重要科学意义、但面临重大挑战。
图1 折叠体肽-季鏻盐催化远程去对称构建固有手性分子笼 自2017年课题组成立以来,四川大学王天利团队主要围绕 "手性肽-季鏻盐催化不对称合成化学" 开展研究,开发了一系列新型高效的、且具有自主知识产权的手性肽-季鏻盐催化剂,并成功应用于若干富有挑战的有机反应和不对称合成过程。最近,该团队设计合成了一类结构柔性且高度可控可调的、具有二级螺旋结构的折叠体肽-季鏻盐催化剂。利用该有机折叠体催化剂,首次实现了潜手性有机分子笼的远程去对称化,精准构建了系列结构丰富的手性分子笼化合物,为固有手性分子笼的催化不对称合成开辟了新的途径(图1c)。 图2 底物普适性考察 该远程去对称反应具有优秀的底物普适性。各种不同类别官能团取代的潜手性分子笼底物都能通过去对称化过程,能以优异的对映选择性和高产率获得固有手性分子笼产物(图2)。此外,作者对该反应的应用进行了系统探究,揭示了该类固有手性分子笼产物的正交活性等潜力,为快速构建结构多样的固有手性笼分子及其类似物提供了可靠的方案(图3)。 图3 代表性的产物衍生 随后,作者进行了详细的机理研究实验,阐明了该不对称反应经历了“远程去对称-动力学拆分”的协同手性诱导历程,远程去对称化是该反应立体选择性控制的关键步骤。在整个手性诱导过程中,离子型有机折叠体的独特氢键网络(多重氢键协同)及其具有二级螺旋结构的手性空腔扮演着重要角色(图4)。 图4 可能的反应机理 综上所述,王天利团队利用新型的折叠体肽-季鏻盐催化剂,首次实现了固有手性笼的催化不对称合成。该研究不仅推动了有机折叠体催化的发展,也为挑战性手性分子的精准不对称合成提供了一类新型的高效的催化剂工具。 论文信息 Cationic Foldamer-Catalyzed Asymmetric Synthesis of Inherently Chiral Cages Dr. Siqiang Fang, Dr. Zhaowei Bao, Dr. Zanjiao Liu, Dr. Zhengdong Wu, Dr. Jian-Ping Tan, Prof. Dr. Xin Wei, Dr. Bo Li, Prof. Tianli Wang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202411889

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