《Science》：余金权实验室利用氨基酸指引C-H键活化

前两天我们报道了斯克里普斯研究所（TSRI）的大牛Phil S. Baran教授的《Science》新作（点击这里阅读），无独有偶，同一期的《Science》上还发表了TSRI另一位大牛化学家余金权（Jin-Quan Yu）教授的文章，这位在C-H键活化领域卓有建树的华人科学家描述了一种利用氨基酸来指引C-H键活化的全新方法。（Functionalization of C(sp3)-H bonds using a transient directing group. Science, 2016, 351, 252-256）

从左至右，分别为Tuan-Jie Li、Kai Hong 、余金权教授、Hojoon Park。图片来源：The Scripps Research Institute

这种新方法使有机化学家能够在某些类型的有机分子上添加官能团，比现在通常使用的方法更有效、更稳定、更有选择性。因此，这种方法为化学家合成和测试新的化合物提供了新的可能性，可广泛运用在药物和其它新产品的研发过程中。

由于多种原因， C-H键官能化往往充满挑战，因此化学家们有时要采用一些特殊的方法来达到目的。有些方法需要用到被称为“导向基团（directing groups）”的辅助分子，化学家首先将一个导向基团连接在需要修改的初始分子上，然后这个导向基团可以引导催化剂（通常是钯一类的金属）使目标键断开，准备迎接新的官能团。

“这已经被证明是一个非常可靠和广泛使用的策略，”余金权教授说，“但它至少需要两个额外的步骤，即导向基团的安装和以后的去除，而且有时导向基团与起始分子上已有的官能团互不兼容。”

理想的情况下，化学家们想找到这样一种导向基团：对现有的官能团有广泛的兼容性，并且也无需专门的步骤从模版分子上连接和去除。在这项研究工作中，余金权教授的团队找到了这样理想的导向基团。

“我们用醛类和酮类来展示这种技术的应用，这两类化合物被喻为现代化学合成的‘面包和黄油’”，余金权教授说。

研究团队发现，氨基酸分子能够以一种“瞬态导向基团”的方式对酮或醛化合物起作用。氨基酸会自动附着在这些起始化合物上，并能够在连接新的官能团后自动离去。在实际上，这意味着，这些氨基酸就如同催化剂一样，一个接一个使起动分子活化，不断地被重新使用，而不是在第一次反应中被消耗掉。这进一步简化了工艺并减少了所需的试剂总量。

“原则上，所有的氨基酸都可作为催化性的导向基团促成这样的反应，”余金权说，“氨基酸的多样性使得可以找到不同的试剂以适应不同的底物分子。”

这项新技术的另一个优点是，在选择适当的手性氨基酸作为导向基团后，可以有选择性的优先生成只在一侧连接官能团的手性分子。 一般来说，C-H键官能化反应通常生成一个比例大致均匀的外消旋混合物，但有效的药物分子通常要求有单一的手性。

“通过使用催化性的导向基团和手性导向基团（如有需要），我们的新方法简化了C-H键官能化中的两个重要步骤，”余金权说。

余金权和他的团队现在正在努力地将新方法的应用延伸到其它几大类医药化学化合物，如胺和醇等。

该论文的作者还包括：来自武汉理工大学的访问学者Fang-Lin Zhang，余金权实验室博士后Kai Hong，来自江苏师范大学的访问学者Tuan-Jie Li，和余金权实验室的Hojoon Park。

1. http://science.sciencemag.org/content/351/6270/252

2. http://www.scripps.edu/newsandviews/e_20160118/yu.html