中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所研究員劉國生團隊通過發(fā)展金屬催化的自由基接力新策略，成功實現(xiàn)了銅催化芐位碳?xì)滏I的不對稱氰化反應(yīng)，以最短的路線合成了手性腈類化合物。這一研究成果于9月2日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》上（Science, 2016, 353, 1014）。
碳?xì)滏I活化是有機化學(xué)中的圣杯，通過烷/芳烴的碳?xì)滏I直接官能化是合成有機化合物最為直接高效的新方法；但是在反應(yīng)活性和選擇性等方面存在諸多問題，尤其是在碳?xì)滏I不對稱催化領(lǐng)域面臨巨大的挑戰(zhàn)，因此需要發(fā)展新的概念、新策略來實現(xiàn)碳?xì)滏I的高效轉(zhuǎn)化。目前該領(lǐng)域的研究主要是圍繞過渡金屬活化碳?xì)滏I的策略展開的，通過定位基團的輔助可以實現(xiàn)碳?xì)滏I的不對稱官能化；但是該策略對于普通（無定位基團）芳/烷烴而言，碳?xì)滏I活化及其不對稱催化一直沒有得到解決。相對而言，受酶化學(xué)的啟發(fā)而發(fā)展的自由基策略是普通烷烴碳?xì)滏I官能化的一種非常有效的途徑；但是反應(yīng)所涉及的碳自由基中間體具有很高的活性，導(dǎo)致反應(yīng)的選擇性控制非常困難，基于該策略來發(fā)展碳?xì)滏I不對稱官能化鮮見報道。
上海有機所劉國生團隊近年來致力于自由基化學(xué)的選擇性控制方面的研究，他們提出將反應(yīng)中的碳自由基中間體轉(zhuǎn)化為金屬有機物種來實現(xiàn)選擇性控制的策略，借此來解決烷烴的C-H鍵直接不對稱直接官能化的難點問題。通過發(fā)展金屬催化/自由基接力的新策略，利用原位形成的高活性的自由基來攫取芐位的氫，在溫和條件下生成的芐位自由基，再與手性噁唑啉/銅氰絡(luò)合物迅速地、高立體選擇性地結(jié)合形成高活性的有機金屬銅中間體，通過金屬中心高立體選擇性的還原消除，實現(xiàn)了碳自由基的不對稱控制，成功地發(fā)展了芐位碳?xì)滏I的不對稱氰化反應(yīng)，無需鄰位定位基團的參與就可以實現(xiàn)從芐位碳?xì)滏I到手性芳基乙腈的直接高效的轉(zhuǎn)化。
劉國生團隊發(fā)展的方法具有廣譜的官能團兼容性，出色的化學(xué)、區(qū)域和立體選擇性，以最短的路線高效地制備了各種光學(xué)純腈類化合物。最后通過與美國威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校教授Stahl合作，闡述了碳自由基與手性銅氰絡(luò)合物的對映體選擇性的C-CN成鍵過程。
在上述研究中，所發(fā)展的新策略充分結(jié)合了自由基化學(xué)的高活性和金屬催化的高選擇性，成功地解決了無輔助配位條件下烷烴碳?xì)滏I的不對稱氰化反應(yīng)。該研究不僅為不對稱自由基反應(yīng)的研究提供了新的反應(yīng)模式，而且為后期進(jìn)一步研究烷烴的不對稱官能化反應(yīng)提供了新思路。
該研究工作得到國家自然科學(xué)委杰出青年基金（21225210）和重點項目（21532009）、中科院、科技部和上海市科委的支持。
銅催化芐位碳?xì)滏I的不對稱氰化反應(yīng)
