近日，南方科技大学化学系讲席教授张绪穆课题组在Accounts of Chemical research发表题为“Noncovalent Interaction-Assisted Ferrocenyl Phosphine Ligands in Asymmetric Catalysis”的综述文章，总结课题组在基于氢键、离子对等非共价作用的催化剂设计和催化不对称反应。该综述被选作期刊封面文章。

图1. 期刊封面图

酶利用多个活性位点的协同以实现底物的识别、活化及反应的选择性控制，其中氢键、离子键等非共价作用发挥了关键的作用。二十年来，基于非共价作用的有机小分子“仿生”催化取得了令人瞩目的成果催化剂和底物之间的非共价键相互作用是实现底物活化和良好手性诱导的关键。图2中列举了一些常见的非共价相互作用（PNAS 2010, 107, 20678-20685），其中位阻、色散、偶极等作用与两个基团的距离关系十分密切，因此有效作用范围十分有限。而静电作用和氢键作用的距离范围适中，是应用于催化反应的良好范例，酶催化往往具有高的反应活性和专一性，也主要是由于其与底物之间能形成静电作用和氢键作用等多种非共价键相互作用。有机小分子催化经过了最近几十年的发展，取得了令人瞩目的成果。

图2. 非共价键相互作用和催化剂设计原理

将有机小分子催化和金属催化有效地结合起来到同一分子中，能够解决单一催化剂面临的难点问题和两种催化模式间可能存在的不兼容问题，取长补短，充分发挥各自的优势，有希望发展出一个新的催化体系。在运用有机催化结构单元对底物进行活化和良好手性诱导的同时，通过金属催化结构单元对底物进行多重活化，不仅拥有有机催化高选择性的特点，还保留了金属催化的高催化活性。

基于生物驱动的“拟酶”策略，张绪穆课题组将手性二茂铁优势骨架接入脲、硫脲、方酰胺等氢键供体和离子对作用基团氨基，设计出一系列双官能团配体，例如含有硫脲基团的Zhaophos和含有氨基的Wudaphos/SPO-Wudaphos，实现多种有挑战性底物的不对称氢化。底物范围包括电中性和离子型，涵盖了烯烃、亚胺、杂环、氧鎓盐等；催化剂-底物之间的相互作用，涵盖了硫脲-硝基、硫脲-羰基、硫脲-磺酰基、硫脲-卤素离子、铵盐-羧酸根离子对等。从2013年Zhaophos发表，至今已有7年时间，该催化体系已经发表三十余篇文章，成为将过渡金属催化和有机催化相结合的典范。张绪穆教授将其称为Metallorganocatalysis。

图3，含有硫脲基团的Zhaophos和含有氨基的Wudaphos/SPO-Wudaphos

Zhaophos、Wudaphos/SPO-Wudaphos等配体的应用，表明将金属催化和有机催化策略结合的成功，为催化剂设计提供了一定程度的借鉴意义。

该文章作者是：Zhaophos的合成者——中山大学副教授赵庆阳，Wudaphos/SPO-Wudaphos的合成者——加州理工学院博士后陈才友、南方科技大学前沿与交叉科学研究院研究助理教授温佳琳、武汉大学副教授董秀琴、南方科技大学讲席教授张绪穆。文章通讯作者为赵庆阳、董秀琴、张绪穆。

该项目受到国家自然科学基金、广东省催化化学重点实验室和深圳市科创委的大力资助。

文章链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.0c00347

 

 

供稿单位：化学系

通讯员：吴笑弟

编辑：程雯璟

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