在自由基不对称催化领域取得重大突破

近日，南方科技大学理学院化学系讲座教授刘心元团队与浙江大学教授洪鑫团队在自由基不对称催化领域取得重大突破，相关成果在科学上公布。

自由基是一个具有未成对单电子的高活性中间体，从有机体到广阔宇宙。自1900年确定结构以来，自由基化学在合成化学、生物学、药学和材料学中发挥了重要作用。由于自由基具有很高的活性，因此实现其选择性转换具有很大的挑战性，尤其是在高度选择性地构建手性分子方面，它已经成为当前化学领域的重要研究内容。

自20世纪80年代以来，自由基立体选择性控制备受关注。国内外科学家相继开发了多种催化方法，如有机小分子催化剂、过渡金属催化剂、路易斯酸催化剂和酶，完成了烷基自由基的不对称转换，具有共邈稳定效应或导向基团。

然而，在过去的40年里，活性最高的纯烷基自由基的不对称转换仍然没有被打破，成为世界顶尖科学家追逐的重要课题。

针对这一挑战，自2019年以来，刘心元团队不断开展研究工作，设计并开发了一种新型的空间限域催化剂。这种催化剂有一个圆形半开放式手袋，靠近催化中心的区域空间相对狭窄，远离催化中心的区域相对宽阔。在反应过程中，底部物体中间阻力较小的烷基优先进入催化口袋内部的狭窄区域，而位阻较大的烷基被排除在外部宽敞的空间之外。

同时，催化口袋边内壁的大阻基团还可以与底物中的烷基形成多种非共价弱相互作用，不仅有助于在一定程度上稳定高活性的纯烷基中间体，还可以进一步提高两种结构相似烷基替代基的立体识别能力。这种全新的手控模式代表了催化剂设计领域的重要突破，为解决不对称催化中长期存在的共性问题提供了可行且实用的解决方案。

此外，研究小组在化学原料碘代烷烃的自由基不对称胺化反应中使用了这种催化剂，成功实现了各种类型基物的高效不对称胺化。值得一提的是，这种催化系统在羟基/丙基、乙基/丙基等基物上仍然表现出优异的选择性。

这种反应也首次实现了以简单烷烃为基础的不对称碳。–氢胺化反应为将烷烃这一大宗化工原料转化为高附加值产品奠定了坚实的基础。通过这一策略，研究人员迅速制备的手性伯胺可以有效地转化为伊布替尼、阿格列汀、曲格列汀等活性药物成分或其关键中间体，如抗癌药物伊布替尼、降糖药阿格列汀和曲格列汀，为中国在药物学前沿领域的长期自主创新发展提供了有力支撑。