近日，南方科技大学化学系教授张绪穆课题组、副教授钟龙华课题组与武汉大学副教授吕辉合作，在过渡金属催化的不对称环异构化领域取得重要进展，首次实现了Rh催化的不对称1,6-联烯-炔环异构化反应，并对该反应机理进行了系统研究。这项成果发表在国际顶尖综合期刊《自然-通讯》（Nature Communications，IF = 12.353）上，南方科技大学为第一通讯单位。

过渡金属催化的分子内联烯-炔的环异构化反应是一种从简单的链状底物高效、高原子经济性构建复杂环系的优势方法之一，一直是有机化学的研究热点，先后有多个国际著名课题组如Toste, Malacria, Baeckvall, Mukai, Sato等对其进行了深入研究，发展了一系列如Au, Pt, Rh, Ru, Pd, Co等的高效催化体系 ，然而目前尚无不对称联烯-炔环异构化反应报道。

继2016年成功实现（E）-1,6-烯炔不对称环异构化后，课题组进一步将该反应拓展至1,6-联烯-炔底物，成功发展了Rh(I)-SegPhos-PCy3催化体系，首次实现1,6-联烯-炔不对称环异构化反应，该反应通过新颖的5-exo-dig环化，可高效、高选择性制备一类具有氮杂5/6环系产物。值得一提的是，该反应也可适应于联烯末端含环状片段的底物，可一步制备高度挑战性的5/6/6或5/6/5环系产物，在复杂天然产物和药物合成中具有潜在的应用价值。

在此基础上，他们对该反应机理进行了系统的理论计算研究。结果表明，该反应经过一条不同寻常的环化途径，即Rh正离子作为π酸活化炔基，经5-exo-dig环化形成5/3并环Rh卡宾中间体，随后经一系列扩环、Rh辅助的C-H键活化/烯基异构化、C-C键活化、还原消除等过程完成催化循环，得到目标产物。在该过程中C-H键活化/烯基异构化过程是决速步骤，同位素标记实验也证实了这一点。该研究不仅首次实现了Rh（I）催化的不对称联烯-炔环异构化反应，展现了Rh（I）独特的催化活性和应用价值，理论计算研究也为此类反应提供了新的认识，为新的催化体系的设计提供了依据。

本项研究得到了国家自然科学基金委员会、南方科技大学化学系和深圳格拉布斯研究院、武汉大学、中南大学等机构的科研工作和项目经费支持。

 

对话张绪穆：

Q：请您谈谈这项科学研究向社会效益转化方面的前景？

A：这项研究的重要性更多地体现在其学术意义上。在社会效益转化方面，利用环状联烯-炔底物在高效合成抗肺动脉高压药物Remodulin方面可能有潜在的应用。

Q：在该成果之上，下一步研究工作的方向和重点您能透露一下吗？

A：下一步，我们将在联烯-炔环异构化反应研究的基础上，进一步发展活性更高、选择性更好的催化体系，克服当前方法的局限性，同时我们将该方法拓展至更具挑战性和应用价值的联烯-炔不对称环异构化/加成串联反应，从而一步构建多个手性中心和更加复杂环系。

Q：此次成果的三方合作分工是怎样的？您的课题组起的关键作用是什么？

A：这是一项典型的学科交叉研究成果，将最新的实验研究成果通过理论计算进一步升华，形成新的见解和认识，指引深入研究的方向。我们课题组长期致力于发展高效、高选择性的催化体系，探索新的反应性和成键模式。基于这一思路，我们课题组设计并首次发现Rh-SegPhos体系在联烯-炔环异构化反应中展现出独特的反应性和选择性，开展了大量的实验研究和机理验证，主导了整个研究。钟龙华课题组通过大量的化学计算，为反应的可能途径提供了佐证。

Q：每一次有科研成果出来的时候是否会有不一样的心境，您的感受是怎样的？

A：科研成果产出当然是一件令人兴奋的事情，我们的工作可以被给更多的人熟知和认可，但同时也是一个新的征程的开始，我们对这个领域有了新的理解和认识，接下来我们要往更高、更险的“山峰”攀登，攻克新的科学难题。

 

 

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-08900-z

 

 

供稿：化学系

采访：苗雪宁

设计：丘妍