武大研发Cu-手性噁唑啉催化体系，成功合成手性醚类和胺类化合物

那么在实际应用中，这类铜催化剂的效率、收率以及可以缩短的反应路径是怎样的呢？

据报道，在Cu/手性双恶唑啉配体催化体系中，催化剂用量一般为10 mol%，这样可以高效放大反应。在该催化体系中，反应收率大于99%，对映体过量值达到99%。

传统的合成手性醚化合物的反应需要使用手性醇作为原料。一般来说，手性醇的制备需要额外的反应步骤。此次开发的催化体系以易得的外消旋卤代烷为原料，可以直接制备手性醚类和胺类化合物。

本研究的难点之一在于催化体系的构建。不对称CO键合反应极具挑战性。构建手性CO键的关键在于创建高效的不对称催化体系。

在研究中，研究小组选择α-溴化仲酰胺作为亲电子试剂。期间，他们尝试了多达100种配体，最终找到了桥碳上未取代的手性恶唑啉配体作为最佳配体，并取得了以下效果：既可以高效实现不对称CO键合，也可以高效实现不对称CN键合。

这项研究的另一个挑战在于反应机理的探索。研究团队发现该催化体系的背景反应非常严重，外消旋背景反应的反应速率达到了不对称催化反应速率的近四分之一。然而，他们仍然获得了具有极高对映选择性（高达99%）的目标产物。

长期以来，研究人员无法理解实验结果。经过不断探索和动力学机理研究实验，他们发现邻位基团的参与效应促进了背景反应，发生氮丙啶酮中间体过程。该催化剂可以快速与氮丙啶酮中间体反应并将其转化为手性产物。因此，尽管背景反应严重，但反应的对映选择性仍然很好。

此外，通过亲核试剂和亲电试剂的直接不对称偶联合成手性醚化合物也是一个具有挑战性的问题。自该反应发现以来，对映选择性问题一直没有得到很好的解决。因此，我们需要寻找新的途径，不断尝试提出有效的解决方案。

陈才友说：“在反应的早期阶段，我们的研究开展起来极其困难。手性反应几乎没有报道，也几乎不可能从文献中找到思路。为此，我们可以只有利用我们对不对称CO键偶联的理解来尝试各种手性配体来构建有效的催化体系。”

最后，他们最终找到了桥接碳原子上没有取代基的手性双恶唑啉配体作为最佳配体。 “发现这个催化系统后，我们非常兴奋。我的博士后导师 C. Fu 甚至在小组会议上连续两次对这一发现评论为‘’，并单独给我发了一封电子邮件鼓励我‘你一直在做你的’”陈才友说道。

另据报道，2021年诺贝尔化学奖授予了三位研究不对称催化的科学家。那么，光催化在有机合成领域的应用前景如何？

陈才友表示，传统反应需要采用高温、高压等相对恶劣的条件。原因之一是反应过程中需要克服高活化能。

太阳能作为取之不尽、用之不竭的能源，如果光能能够替代传统的热能，将拥有更广阔的应用前景。

在光反应条件下，光能作为反应的能量来源，可以将较低能量的反应物种激发到较高能态，从而大大降低了反应需要克服的活化能。因此，许多光催化反应往往可以在较温和的反应条件下进行。

与传统的热反应相比，光催化由于反应条件更加温和，可以实现更广泛的官能团相容性。此外，在光的激发下，激发态反应物种有望实现传统热反应无法实现的新转变。

“基于上述分析，光催化在有机合成中将具有广阔的应用前景，一些做出关键研究成果的科学家很可能获得诺贝尔奖。” 陈才友说道。

完成博士后研究后，陈才友也加入了母校武汉大学。他说：“我在武汉大学读了九年本科和博士，对母校感情很深。在美国留学的五年里，最难忘的就是珞珈山和母校。”另外，武汉大学化学学院领导的重视和大力支持也是我回国做博士后的offer的原因之一。学校告诉我，回国后要继续为母校做贡献。”

现在，在武汉大学组建独立团队后，陈才友将基于催化剂开发开发光促进的廉价金属，并将研究稀土金属的不对称催化。他说：“希望我研发的新型手性催化剂能够用于手性药物的合成，让科研成果真正运用到实际生产中，造福社会。”

参考：

1. Chen, C., , JC & Fu, GC - via 。 596, 250–256 (2021)。