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繁有機合成反應多數依賴於過渡金屬催化劑得以實現。傳統的過渡金屬催化反應一般使用單金屬催化劑，但是這種方式對於相對惰性化學鍵往往難以奏效。近日，南開大學化學學院葉萌春課題組模擬生物酶的催化方式，使用二級膦氧配體輔助的雙金屬催化，實現了高效、適用廣泛的錨定催化，該催化方法可廣泛用於生產藥物、激素、植物生長調節劑等生物活性化合物，且有望在更多的合成轉化中得到應用。相關成果發表於《美國化學會志》(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 5360)。
生物酶在催化過程中，通過蛋白的三維空腔結構來預先錨定底物，然後實現高效催化。但是生物酶催化反應的底物範圍較窄，同時對反應條件較爲挑剔。，葉萌春課題組設想，能否借鑑生物酶的催化方式，發展類似的化學錨定催化？這樣不但可以達到高效催化目的，同時具備更廣泛的適用性。在實驗過程中，課題組使用二級膦氧配體輔助的雙金屬催化實現了這種錨定催化。
反應中，膦氧配體具有兩個結合位點，同時結合兩類性質不同的金屬。其中一個金屬鋁可以錨定底物，另外一個金屬鎳活化底物的某個化學鍵。“配體、金屬鎳、金屬鋁，猶如‘桃園三結義’中的三個好漢，團結協作，互幫互助，最終實現底物的高效催化。”葉萌春說。
葉萌春課題組嘗試將該策略運用於較爲惰性的環丙基酰胺和炔烴的環加成反應。此類反應是構建“五元碳環結構”最爲常用的合成方法，而這樣“五元碳環結構”廣泛存在於新型綠色植物生長調節劑芸苔素內酯、抗膽鹼藥阿託品等的有機分子中。然而由於環丙烷的碳碳鍵較難活化，長期以來此類反應大多數局限於活潑環丙烷衍生物，對於價廉易得且易於轉化的單羧基取代環丙烷，反應活性較低，一直難以參與反應。葉萌春課題組在使用了手性萘基膦氧作爲配體和鎳、鋁組合後，反應活性顯著提高，獲得了較高的收率和較好的立體對映選擇性。
隨後，該課題組又考察了咪唑環選擇性碳氫鍵環化反應，這類雜環化合物同樣廣泛存在於生物活性化合物中，比治療B-細胞淋巴瘤中的強效抑制劑、類固醇激素醛固酮的抑制劑、轉化生長因子的抑制劑等等。然而現有合成方法是通過手性原料轉化或者是通過手性拆分獲得，直接的不對稱催化方法還沒有成功的先例。葉萌春課題組在使用了手性芳基膦氧配體和鎳、鋁組合後，成功實現了直接不對稱催化合成。相比於傳統合成方法，雙金屬與配體的催化方法能夠實現反應原料廉價易得、反應迅速高效安全，且金屬鎳、鋁與配體的“桃園三結義”式錨定催化適用性廣泛，有望在更多的合成轉化中得到應用。(馬超)
