近日，上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院楊曉瑜課題組在機(jī)械平面手性輪烷不對(duì)稱(chēng)合成領(lǐng)域取得突破。研究成果在國(guó)際知名期刊《化學(xué)》（Chem）上在線(xiàn)發(fā)表。

機(jī)械互鎖分子（Mechanically Interlocked Molecules, MIMs）是一類(lèi)通過(guò)分子組件空間糾纏形成的超分子體系，其核心特征是通過(guò)非共價(jià)作用形成的機(jī)械鍵（Mechanical Bond）實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)互鎖。作為MIMs的典型代表，輪烷（Rotaxane）由環(huán)狀分子（大環(huán)）與貫穿其中心的啞鈴狀軸分子通過(guò)空間限域作用構(gòu)成。機(jī)械平面手性（Mechanically Planar Chiral, MPC）輪烷因其獨(dú)特的拓?fù)涫中越Y(jié)構(gòu)，在分子開(kāi)關(guān)、手性傳感和不對(duì)稱(chēng)催化等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用潛力。當(dāng)前合成仍主要依賴(lài)手性色譜柱對(duì)外消旋體的拆分方法，實(shí)現(xiàn)直接、高效的催化對(duì)映選擇性構(gòu)建MPC輪烷仍面臨重大挑戰(zhàn)。這主要?dú)w因于，輪烷較大的分子尺寸導(dǎo)致催化位點(diǎn)與反應(yīng)中心的精準(zhǔn)定位困難，機(jī)械鍵的構(gòu)象靈活性使得立體選擇性區(qū)分變得極為復(fù)雜。發(fā)展新型催化體系已成為當(dāng)前超分子化學(xué)領(lǐng)域的前沿研究方向。

催化不對(duì)稱(chēng)合成機(jī)械平面手性輪烷

楊曉瑜課題組長(zhǎng)期致力于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、新穎手性分子結(jié)構(gòu)的高效不對(duì)稱(chēng)合成。本工作以含對(duì)稱(chēng)大環(huán)的前手性輪烷為原料，基于自主發(fā)展的手性磷酸催化芳胺親電胺化反應(yīng)，借助去對(duì)稱(chēng)化策略成功實(shí)現(xiàn)了機(jī)械平面手性輪烷的高效不對(duì)稱(chēng)構(gòu)建（圖1）。該方法展現(xiàn)出兩大優(yōu)勢(shì)：底物普適性?xún)?yōu)異，可兼容多種結(jié)構(gòu)類(lèi)型；對(duì)映選擇性突出，產(chǎn)物對(duì)映體過(guò)量百分?jǐn)?shù)（ee值）可達(dá)99%。尤為重要的是，本工作突破了傳統(tǒng)方法需在輪烷非反應(yīng)組分預(yù)裝導(dǎo)向基團(tuán)的限制，首次實(shí)現(xiàn)了無(wú)導(dǎo)向基團(tuán)條件下的高立體選擇性控制。機(jī)理探究表明，輪烷體系中大環(huán)與軸分子間存在的多重非共價(jià)相互作用（如氫鍵、π-π堆積等），可有效預(yù)組裝并剛性化輪烷構(gòu)象，這種動(dòng)態(tài)預(yù)組織效應(yīng)是獲得反應(yīng)高立體選擇性控制的關(guān)鍵，將為機(jī)械手性互鎖分子的不對(duì)稱(chēng)合成提供新的解決思路。

上科大物質(zhì)學(xué)院楊曉瑜課題組博士后唐夢(mèng)瑤和2023級(jí)博士研究生周金淼為本項(xiàng)工作的共同第一作者，上?？萍即髮W(xué)為本論文唯一完成單位，楊曉瑜教授為本文通訊作者。

論文標(biāo)題：Catalytic enantioselective synthesis of mechanically planar chiral rotaxanes by organocatalyzed desymmetrization

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929425002852