【人物与科研】南方科技大学张绪穆团队：四取代联烯砜的选择性不对称氢化构建手性烯丙基砜

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导语

多取代联烯的选择性不对称氢化为手性烯丙基化合物的构建提供了一条潜在的重要途径，但是由于联烯催化氢化的区域选择性难以控制，容易得到完全氢化的产物，因而发展联烯的选择性不对称氢化体系是一个重要但又极具挑战的课题。近日，南方科技大学张绪穆教授与武汉大学吕辉副教授团队首次实现了铑催化四取代联烯砜的选择性不对称氢化反应，为手性烯丙基砜的高效制备提供了新途径（Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201804891）。

张绪穆教授课题组简介

南方科技大学张绪穆课题组成立于2015年，目前该团队有教授一名、副教授一名、助理教授一名，研究生和博士后20余名。该团队主要致力于发展高效、高选择性不对称催化反应手性配体工具箱，发展高效、高选择性的化学催化反应以及催化反应在重要药物中间体和生物活性天然产物合成中的应用。目前，该团队在膦配体的设计、不对称催化氢化及工业化应用方面做出一系列重要的原创性工作，在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等高水平杂志上发表了多篇论文。

张绪穆教授简介

张绪穆，1961年生，国际知名配位化学和金属有机化学家，现任南方科技大学理学院副院长、化学系讲席教授。1982年在武汉大学获得学士学位；1985年在中国科学院福建物质结构研究所获得硕士学位，师从卢嘉锡院士（诺贝尔获奖者Linus Pauling的博士后，时任中国科学院院长）；1987年在加州大学圣地亚哥分校（University of California, San Diego）获得硕士学位，师从Gerhard N. Schauzer教授；1992年在斯坦福大学（Stanford University）获得博士学位，师从美国国家科学院院士James P. Collman教授（两位诺贝尔获奖者Sharpless和Grubbs的导师）；1992-1994年在斯坦福大学做博士后研究；1994-2006年任教于美国宾夕法尼亚州立大学并获终身教授职位；2000年获得国家杰出青年基金（B）；2007-2015年任新泽西州立大学化学学院杰出讲席教授；2005年受聘教育部讲座教授并创建绿色催化研究所；2008年受聘武汉大学“高等学校学科创新引智计划”学术大师；2011年受聘国家中组部特聘专家；2015年，任南方科技大学化学系讲座教授及系主任；2017年当选国家中组部化学化工专委会主任。

张绪穆教授在Science, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等学术刊物上发表学术论著300余篇，论文他引>15000多次, 其中单篇论文他引>1300次，H index>75。张绪穆教授2002年获得美国化学会Arthur C. Cope Scholar奖，是第一位荣获此奖的中国内陆科学家。张绪穆教授发展的张烯炔环异构化反应（Zhang enyne cycloisomerization）因其重要性成为以其姓氏命名的人名反应，目前全球仅有不到五位华人有此殊荣。因促成建立中国内陆首个以诺贝尔奖得主命名的研究机构——深圳格拉布斯研究院，张绪穆教授获得2016年深圳首届“时代深士”称号。

前沿科研成果

四取代联烯砜的选择性不对称氢化

多取代联烯的选择性不对称氢化是催化氢化领域的挑战性课题之一，直到2017年才有首例报道，但是该反应的底物类型局限于1,1-二取代联烯，催化剂的用量较大（4 mol%），还原试剂为汉斯酯（Hantzsch ester），反应的原子经济性不太理想。在过去几年中，南方科技大学张绪穆教授与武汉大学吕辉副教授团队在大位阻四取代烯烃的不对称氢化以及共轭烯烃的选择性不对称氢化方面做了一系列工作（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16120; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1885; Chem. Comm. 2016, 52, 11850; Chem. Comm. 2017, 53, 8136）。受前期工作α-取代烯基砜不对称氢化（Org. Lett. 2017, 19, 1024）的鼓舞和启发，作者希望对更具挑战性的四取代联烯砜的选择性不对称氢化进行研究。

图1. 对映体的选择性不对称氢化

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

作者首先以1a为模型底物对四取代联烯砜的选择性不对称氢化反应进行了研究。通过大量的条件优化，作者发现以Rh/(S)-Binapine为催化剂时，烷基取代的联烯砜能获得最佳的区域选择性和对映选择性。当底物为芳基取代的联烯砜时，Rh/(S)-BINAP能获得最好的研究结果。

表1.烷基取代联烯砜的条件优化

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

表2. 芳基取代的联烯砜条件优化

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

表3. 底物拓展

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

在确定了最佳反应条件后，作者对反应的底物普适性进行了研究。当R为烷基时，以[Rh(NBD)₂]BF₄/(S)-Binapine为催化剂，各种烷基取代联烯砜均能顺利转化成相应的烯丙基砜并获得优异的对映选择性。当R为芳基时，以[Rh(NBD)₂]BF₄/(S)-BINAP为催化剂，各种芳基取代联烯砜均能顺利发生选择性氢化反应，并且苯环上取代基的电性和取代基的位置对反应没有显著影响，均能获得较高的产率和优异的对映选择性。

表4. 克级反应及S/C评价实验

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

为了探究该反应的潜在应用前景，作者对克级规模的放大实验进行了研究，发现放大实验对反应的产率和对映选择性没有显著影响。此外，当催化剂用量降低到0.1 mol%时，该反应仍能顺利进行，以97%的产率和90%的ee值获得目标产物。

总结：张绪穆教授-吕辉副教授团队首次实现了四取代联烯砜高区域选择性、高对映选择性的不对称氢化反应，为手性烯丙基砜的高效制备提供了一种有效的方法。该方法具有催化剂用量低、底物适用性广、容易放大等优点，具有一定的应用前景。此外，该方法对利用联烯不对称氢化制备其它类型的手性烯丙基化合物具有一定的借鉴意义。

该工作发表在《德国应用化学》上（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201804891）。武汉大学硕士研究生龙姣、博士生施李扬为该论文的第一作者，武汉大学吕辉副教授为该论文的共同通讯作者。