近日，我校化学与分子工程学院、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心张志鹏教授课题组在不对称催化领域取得了新的研究进展，相关研究成果以“Conformational enantiodiscrimination for asymmetric construction of atropisomers”为题发表于Nature Communications（Nat. Commun., 2022, 13, 4735）。
由单键的自由旋转导致的分子动态构象对分子功能和化学转化起着至关重要的作用，例如在酶催化中分子的构象就是一个影响催化活性和选择性的关键因素。然而在不对称催化中，非酶催化剂（包括过渡金属催化剂和有机小分子催化剂，例如BINAP金属络合物和手性磷酸催化剂）的结构刚性，通常被认为是实现高手性诱导的一个必不可少的因素，关于手性催化剂分子的柔性和动态构象对手性诱导影响的研究却非常少。因为直接分离不同构象具有极大的难度，所以揭示手性催化剂分子的动态构象与对映识别之间的关系也就非常具有挑战性。
1,1'-联萘二酚（BINOL）、1,1'-联萘二胺（BINAM）和2-氨基2'-羟基-1,1'-联萘（NOBIN）是三类非常重要的轴手性化合物，在众多科学领域尤其是不对称催化中有着广泛应用。BINOL的不对称合成比较成熟，与之相比，多样化取代的BINAM和NOBIN类轴手性化合物的不对称合成一直都具有相当大的难度。张志鹏教授课题组基于催化剂分子的动态构象对映体识别设计发展了一个新型的手性催化体系，该体系由非手性的菲罗啉-铜催化活性单元和轴手性的BINOL单元组成，两者通过碳-氧单键相连，并且碳-氧单键的旋转导致了催化剂分子具有两种截然不同的稳态构象。该体系既能催化偶氮萘与2-萘胺的不对称交叉偶联反应高对映选择性地构建BINAM类化合物，还能催化偶氮萘与2-萘酚的不对称交叉偶联反应高对映选择性地构建NOBIN类化合物。更重要的是，通过该体系所合成的BINAM和NOBIN衍生物具有相反的绝对构型，作者通过单晶X射线衍射分析对手性催化剂分子的优势构象进行了研究，结合偶联反应的实验结果，揭示了具有相反的绝对构型的两类产物是经由催化剂分子的两种不同构象生成的，决定产物绝对构型的是催化剂分子的构象而不是其手性单元BINOL的绝对构型。该研究充分说明了手性催化剂分子的动态构象在不对称催化反应中的重要性。
图片说明：基于分子的动态构象对映识别设计的新型轴手性催化体系
化学与分子工程学院赵梅欣副教授和张志鹏教授为该论文的通讯作者，博士研究生岑守义和硕士研究生黄妮妮为该论文的第一作者。相关研究工作得到了中国科学院上海有机所/上海交通大学丁奎岭院士的悉心指导。合肥工业大学朱元元教授和上海有机所孙杰研究员在单晶测试和结构分析方面提供了帮助。该研究工作得到了国家高层次人才计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、上海市浦江人才计划、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心的资金支持。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32432-8
