【人物与科研】上海有机所何智涛课题组JACS：协同催化的手性联烯的立体发散性合成新进展
导语
手性对于药物分子的生物活性往往具有极大的影响。因此，发展新的合成方法实现同时具有多个手性元素的片段的全部立体异构体的获取，是一个具有重要科学研究价值和较高挑战性的领域。双催化体系的协同控制策略已被证明是一种简单有效的解决思路。一方面，目前已报道的利用协同控制策略来进行化合物的立体发散性合成，从而实现其所有的立体异构体的构建，都是集中于含多点手性中心的结构；而对于含有其它手性类型的骨架的立体发散性合成尚未有探索，相关的合成应用亦未见报道。另一方面，联烯是一类具有1,2-累积烯烃结构的化合物，在有机合成、药物化学和材料化学等方面的应用都非常广泛。因此，发展简单高效的合成轴手性联烯的方法是化学家们一直所追求的目标。此外，全取代的含氟手性中心的构建在新药开发或生物活性分子的制备及评价中占有重要地位，但其构建往往是一类非常具有挑战性的难点。因此，发展高效的不对称催化的方法来构建叔氟手性中心，也是亟待解决的科学问题。
中科院上海有机化学研究所何智涛课题组致力于新颖的有机合成方法的发展、生物活性分子的高效合成及新药开发等领域。近日，何智涛课题组在该领域取得了突破性的进展，在J. Am. Chem. Soc.上在线发表了题为“Stereodivergent Synthesis of Tertiary Fluoride-Tethered Allenes via Copper and Palladium Dual Catalysis”的研究论文（DOI: 10.1021/jacs.1c03157）（图1）。该工作突破了传统局限于含多点手性中心的片段的立体发散性合成思路，通过利用Cu/Pd双金属协同催化共轭烯炔的非对映选择性的氢官能团化策略，实现了一系列兼具点手性和轴手性片段的立体发散性合成，可以获得该联烯产物的所有的四个立体异构体。基于立体发散性合成思路，课题组更进一步再次将联烯产物转化，得到了所有的四个氟代氢化呋喃环骨架，验证了该合成方法的可能应用价值。
图1. 合成策略设计及反应转化应用
(来源：J. Am. Chem. Soc)
何智涛研究员及其课题组简介
何智涛，中科院上海有机所天然产物有机合成化学重点实验室研究员、课题组长；2010年本科毕业于华中科技大学药学院；2015年博士毕业于中科院上海有机所，师从林国强院士；2016年1月至2019年11月于加州大学伯克利分校（UC Berkeley）化学系John F. Hartwig教授课题组进行博士后研究；2019年12月返回上海有机所，加入天然产物有机合成化学研究室；以第一或通讯作者身份在Nat. Chem.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、CCS Chem.等发表20多篇研究性论文；课题组主要致力于新颖合成方法的建立、天然产物或药物分子的高效合成、新药研发等领域。
前沿科研成果
协同催化的手性联烯的立体发散性合成新进展
联烯结构在有机合成、药物化学和材料化学等方面都有着非常广泛的应用。合成含有一个点手性和轴手性的片段的方法已有诸多报道，但如何实现这类片段的立体发散性合成仍是尚未解决的难题。何智涛团队以α-氟代酯和共轭烯炔作为原料，通过手性铜催化剂来选择性地控制亲核试剂α-氟代酯的立体构型。同时利用钯催化共轭烯炔的不对称氢金属化获得亲电性烯丙基钯物种，紧接着发生二者的立体选择性偶联，从而合成同时具备中心手性和轴手性的骨架片段。该方法可以在温和的条件下构建出一系列含有三级氟立体中心的手性联烯骨架，对映选择性一般都高达99%以上（图2）。
图2. 底物拓展
(来源：J. Am. Chem. Soc)
随后，课题组对反应的立体发散性合成策略进行了验证。通过简单地改变两种催化体系中手性配体的绝对构型，可方便地制备出产物的所有4个立体异构体，均能获得优异的产率和选择性（图3）。
图3. 立体发散性合成的探索
（来源：J. Am. Chem. Soc）
该课题组发现，如果延长反应时间会使产物的非对映选择性降低。对产物3g进行的动力学研究发现，产率在27小时达到最高为95%，然后一直保持稳定不变。产物的对映选择性也一直保持在>99%。而其非对映选择性在反应3 h为94% de，但是在83 h时降为72% de（图4）。课题组推测：可能是反应经历了钯氢催化剂对产物中的联烯片段进行再次的迁移插入与β-H消除的过程，从而导致了联烯片段的差向异构化。
图4. 反应动力学的研究
（来源：J. Am. Chem. Soc）
此外，利用“轴到点的手性转移”策略，上述反应产物能够方便地转化得到氟代的氢化呋喃环片段，而其也存于很多的生物活性分子的骨架结构中，比如抗HCV病毒药物索非布韦。特别是，该课题组可以从四个手性联烯产物出发，方便地构建出所有对应的四个氟代氢化呋喃环骨架，从而实现立体发散性的“轴到点的手性转移”，体现出该方法的应用潜力（图5）。
图5. 反应的转化
（来源：J. Am. Chem. Soc）
总之，何智涛课题组基于立体发散性合成思路，利用协同催化策略，可以实现兼具点和轴手性片段的高效制备。该方法突破了已报道的局限于多点手性片段的立体发散性合成模式，展示了更多手性类型参与的立体发散性合成的可能性。进一步的合成转化制备出不同的氟代氢化呋喃环骨架，也突出了该合成方法的应用潜力。
上述工作主要由杨少倩和王逸凡完成。该研究得到了林国强院士课题组的大力支持。感谢国家自然科学基金委、上海市科委、中科院、上海有机所及天然产物有机合成化学重点实验室的资助。