谭斌课题组于《自然•化学》在线发表最新成果

轴手性联芳基化合物广泛存在于天然产物及生物活性分子中，也是一类十分重要的手性配体或催化剂。由于这类结构的重要性，催化不对称构建联芳基化合物吸引了科研工作者的广泛关注，并在近几年取得了快速发展。已报道的构筑轴手性联芳基结构的方法包括不对称（氧化）偶联、不对称构建其中一个芳环、去对称化、动力学拆分等。过去几十年基于金属催化的碳-氢键活化在芳烃官能化方面取得了深远发展，为联芳基化合物的构建提供了一种直接有效的途径，但目前通过此方法实现不对称合成联芳基化合物还大多局限于手性辅基的参与，仅有几例催化不对称氧化偶联报道。另一种常见的芳基官能团化策略即芳香亲电取代反应。这是一类基本的有机化学反应类型，即以芳烃作为亲核试剂，实现许多重要的化学转化如硝化、卤化、磺化、酰基化、烷基化等。有机催化作为不对称催化的重要分支，在过去近二十年取得了令人瞩目的成就，基于共价、氢键、离子作用原理设计的催化剂种类多样，各类高效的催化反应在不对称构建复杂分子骨架方面也显示出了强大的优势。但相对于金属催化，有机小分子在惰性碳氢键（C-H）的官能化方面有着天然的局限性，因此，关于有机小分子催化实现芳烃C-H的不对称官能化方面是一个公认的科学难题，这在国际上的研究也是一片空白。

近年来，谭斌教授课题组在有机催化构建轴手性化合物领域取得了一系列的研究成果。如利用双酸催化策略，通过简单1,4-二羰基化合物与芳胺发生Paal-Knorr反应高效不对称构建轴手性芳基吡咯骨架化合物（J. Am. Chem. Soc.,2017, 139, 1714）；利用手性布朗斯特酸作为催化剂，以简单的邻氨基苯甲酰胺衍生物为原料，实现了结构多样的轴手性3-芳基喹唑啉酮的不对称合成（Nat. Commun.,2017, 8, 15489）；另外，在手性二级胺的催化下实现了1,3-二酮、丙二腈类亲核试剂与2-位取代的苯乙炔醛的反应，首次高效地合成了具有苯乙烯骨架的轴手性化合物(Nat.Commun., 2017, 8, 15238)。

课题组基于在小分子催化构建轴手性化合物方面的研究基础，大胆设想如何利用有机小分子催化实现直接芳烃与芳烃之间的不对称反应，简单直接的获得手性联芳基轴手性化合物。实现这一挑战性的难题，需回答三个方面的问题：1、选取何种反应机理作为反应设计基础？2、反应底物的设计需符合哪些条件？3、如何有效地实现反应的立体控制？

该研究以形式上的芳香亲核取代为反应设计基础，通过在芳烃上引入偶氮基团作为导向和活化基团，利用手性磷酸催化的形式上的芳基C-H官能团化策略，与吲哚亲核试剂发生不对称芳香亲核反应，极具创造力的完成了邻苯胺芳基和芳基吲哚轴手性骨架的手性控制。通过改变吲哚2、3位取代基样式，可高效获得不同结构的轴手性芳基吲哚化合物及含相邻季碳中心的吡咯吲哚啉产物。

图1. 芳基碳氢官能团化。

 图2. 最初的优化结果

图3. 通过改变吲哚2、3位取代基样式得到三种不同结构的产物。

(a)轴手性吲哚-芳基化合物。(b)轴手性吲哚-苯胺化合物。(c)含相邻季碳中心手性吡咯吲哚啉化合物。

图4. 反应机理。

上述研究成果充分表明，基于有机催化实现形式上的芳烃C-H的不对称官能化是可行的，打破了之前芳烃C-H官能化必须金属参与的传统观念。通过对底物的设计和催化剂条件的调控，基于芳香亲核取代反应的立体化学问题可以得到很好的解决，构建结构丰富的轴手性化合物。相信在相关研究领域基于这一反应模式将很快涌现出更多的研究成果。有机催化作为不对称催化的重要分支之一，再次表现出其强大的生命力，相信会掀起新一轮的研究热潮。

谭斌特别感谢南科大提供的世界一流平台和南科大校长陈十一院士对他的大力支持，他专门设计了一个logo用于感谢“Shiyi fund”。

相关链接：http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2866.html

供稿：化学系

主图设计：刘春辰 学生新闻社 汪轶凡