胍——从手性碱到不对称相转移催化剂

注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

通过近20年的发展，有机小分子不对称催化已经成为和金属不对称催化并称的一个领域。有机小分子催化剂也从最初的手性proline类催化剂发展到了今天众多的手性Brønsted酸/碱类催化剂，Lewis酸/碱类催化剂，氢键类催化剂，亲核类催化剂，有机光反应催化剂等。Brønsted碱作为一类重要的试剂，广泛的存在于各类化学中。通过手性Brønsted碱催化剂来实现不对称的转换是制备众多手性分子强有效的方法。

新加坡南洋理工大学的陈俊丰教授（点击查看介绍）利用手性双环胍作为手性强碱催化剂实现了D-A反应、Mannich反应、Michael反应、脱羧反应、异构化反应、胺基化反应、氘试剂交换反应、不对称质子化反应等众多不对称转化（图1）。

图1. 手性胍催化的不对称反应

在2011年，陈俊丰课题组基于胍的共轭结构设计出一种手性胍盐（Pentanidium and Bisguanidinium）做为全新的一类手性不对称相转移催化剂（图2）。不同于传统的sp³季铵盐相转移催化剂，胍盐具有sp²共轭结构，所以具有不同的催化活性。

图2. 手性双环胍与手性胍盐

该课题组利用手性胍盐实现了对映选择性的加成反应、烷基化反应、羟基化反应以及氧化反应（图3）。其中的氧化反应可以体现出手性胍盐相转移催化剂与季铵盐类相转移催化剂的不同，手性胍盐催化剂可以在强氧化剂的条件下稳定的存在（J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 10677）。

图3. 手性胍盐催化的不对称相转移反应

最近，该小组又利用手性胍盐作为相转移催化剂解决了传统相转移催化中的一个难题：如何在不对称相转移催化中寻找到既具有较强碱性又具有温和亲和性的碱（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 9935）。

他们的策略是通过活化一个潜在碱（probase）原位产生大位阻强碱，然后强碱在手性催化剂的控制下促进反应的完成。比较有趣的是，在研究反应的过程中，作者发现有烯醇硅醚类化合物生成。通过一系列验证机理实验，最终确定了手性高价硅离子对（chiral silicate ion pair）是整个反应中真正的活性中间体。

图4. 不对称相转移催化中的潜在碱（probase）策略

该论文作者为：Bo Teng, Wenchao Chen, Shen Dong, Choon Wee Kee, Dhika Aditya Gandamana, Lili Zong, Choon-Hong Tan

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http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b05053

Pentanidium- and Bisguanidinium-Catalyzed Enantioselective Alkylations Using Silylamide as Brønsted Probase

J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 9935-9940, DOI: 10.1021/jacs.6b05053

陈俊丰博士简介

陈俊丰（Tan Choon-Hong），新加坡南洋理工大学教授。

• 1999年英国剑桥大学获得博士学位。

• 2000年至2002年，哈佛大学博士后。

• 2002年至2003年，哈佛医学院研究助理。

• 2003年至2012年，新加坡国立大学（NUS）助理教授/副教授。

• 2012年至今，新加坡南洋理工大学（NTU）副教授/教授。

http://www.x-mol.com/university/faculty/4457

科研思路分析

Q：在潜在碱课题中遇到的最大挑战是什么？

A：在这个课题中，遇到比较大的挑战是找到合适的潜在碱以及机理的证明。我们尝试了多种商品化以及自己合成的硅试剂，最终找到了符合我们目标的潜在碱。在机理的证明中，我们也做了大量相关的实验来证明，同时期望运用各种检测手段抓到高价硅中间体。

Q：不对称相转移催化反应这些年取得了很多进展，课题组今后对不对称相转移催化的发展方向有什么判断？

A：确实，最近10年来在不对称相转移催化领域有很多进展，但是大部分不对称相转移催化反应局限于Brønsted碱类型的反应。我们课题组希望在不对称相转移催化这个领域里专注于两个方面的研究。一个是解决Brønsted碱类反应中没有解决的问题，比如前体碱策略的开发（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 9935）。另一个方面是我们希望用我们手性胍盐催化剂开发更多类型的不对称反应，例如我们在2015年发表的高锰酸钾的不对称氧化（J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 10677），在2016年实现的手性胍盐控制金属阴离子的不对称氧化反应 （Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 7101）。未来，我们希望实现更多金属（如：Pd、Cu、Fe等）参与的不对称相转移催化反应以及自由基的不对称相转移催化反应。

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