Nature Communications：浙工大王鸿/叶欣艺团队在离子对催化不对称氮氧化取得新进展
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以氮立体中心为特征的氮氧化物在天然产物中广泛存在，并在有机金属化学中作为手性配体而发挥着重要的作用，此外它们也是合成各种医药和农药的关键中间体，因而关于手性氮氧化物的研究日益受到重视。然而，直接对叔胺进行不对称氧化，以高对应选择性得到手性氮氧化物，仍然是一个严峻的挑战。这是因为叔胺氮原子上的孤对电子会进行快速地翻转，导致氧化过程中对映选择性难以控制。
近日，浙江工业大学海洋药物团队报道了一种离子对催化叔胺不对称氧化策略（图1），作者开发了一种新型的离子对催化剂，该催化剂由手性双胍阳离子[BG]2+和非手性过氧二钼硫酸阴离子组成，并在不对称催化合成中展现出了卓越的效率。在研究初期，作者对催化剂构效关系进行了深入的探索，揭示了催化剂侧链非对称取代的硅基在控制胺底物周围的手性环境中起着至关重要的作用。后续作者也通过克级反应和药物类似物的合成证明了该方法的可扩展性，突显了其在合成各类生物活性化合物方面的潜力。
图1. 离子对催化叔胺不对称氧化策略
机理研究表明，过氧二钼硫酸阴离子中的两个过氧基团中只有一个会参与氧化过程，并且产物与底物之间会发生氧原子交换。这种交换导致产物最初的对映体过量值（ee）较低，但随着底物的消耗ee会迅速增加。此外作者也利用密度泛函理论（DFT）计算来模拟关键过渡态并探索催化剂与底物之间的相互作用。基于上述研究，作者提出了可能的反应机理：在过氧化氢的作用下，钼酸银和硫酸氢钾在水相中生成过氧二钼硫酸阴离子，然后该阴离子被双胍阳离子捕获到有机相中形成离子对，以实现对底物的不对称氧化。在此之后，阴离子则被还原，而产物与底物发生缓慢的氧原子交换。最后还原态的阴离子重新进入水相并被过氧化氢重新氧化，完成催化循环。
这项创新性的研究不仅开发了一种用于高效合成手性氮氧化物的新型离子对催化剂，也对该不对称氧化反应的潜在机理进行了深入的探索，其中对催化剂系统且合理的设计，也为未来新型催化剂的开发提供了新的思路。此外，该方法在具有如此挑战性的氧化反应中实现了高对映选择性，并且具有极强的可扩展性，适用于一系列生物活性化合物的合成，标志着不对称催化领域的重大进步，为新药发现和高价值化学中间体的合成开辟了新的途径。
图2. 离子对催化叔胺不对称氧化
发表于Nature Communications
该成果以“Asymmetric N-oxidation Catalyzed by Bisguanidinium Dinuclear Oxodiperoxomolybdosulfate”为题于2024年8月25日在线发表在Nature旗下Nature Communications期刊上，浙江工业大学为第一单位，浙江工业大学绿色制药协同创新中心博士吴文韬为第一作者，浙江工业大学绿色制药协同创新中心叶欣艺研究员、浙江工业大学药学院王鸿教授与新加坡南洋理工大学陈俊丰教授、澳大利亚伍龙贡大学Richmond Lee教授为共同通讯作者。该工作得到国家重点研发计划（2023YFA1506403）、国家自然科学基金（22101255）以及澳大利亚研究理事会（DE210100053）的支持。
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原文链接
https://www.nature.com/articles/s41467-024-51765-0
学者介绍
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吴文韬
博士，目前主要从事不对称催化合成及药物化学方向的研究工作，在Nature Communications、Chem Catalysis、Organic Letters.、Asian Journal of Organic Chemistry 等各种国际期刊上发表论文4篇。
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叶欣艺
运河青年学者，硕士生导师，主要从事不对称离子对催化方向的研究，主持国家重点研发计划课题，国家自然科学基金青年基金等项目。迄今以第一/通讯作者Nat Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Catal.、Chem. Sci.、Chem. Catal. Org. Lett.等多个国际期刊上发表论文17篇。
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王 鸿
浙江工业大学健行学院执行院长，药学院、绿色制药协同创新中心教授，博士生导师，海洋药物团队负责人，浙江省“万人计划”科技创新领军人才。现任中国药学会海洋药物专委会委员、中国药理学会海洋药物药理专委会委员、中国海洋湖沼学会药学分会理事、浙江省高等学校药学和中药学类专业本科教学指导委员会委员等职。现为海洋药物领域国际权威学术期刊Mar.Drugs编委及二十余个国际学术期刊审稿人。先后主持国家、省部级项目以及企业重大横向项目20多项，发表国际学术论文100多篇，已授权国家发明专利20多项。
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—————————END—————————来源 | 协同中心排版 | 林涵莹
编辑 | 许维婷审核 | 王剑斌 张晓娇