C₄-对称轴手性β-芳基卟啉设计与合成及其金属铱络合物的不对称催化应用

注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

仿酶催化是不对称催化的热点之一。近半个世纪以来，作为仿P450酶的核心，手性卟啉的合成及其在金属卟啉不对称催化反应中的应用引起化学家们的极大关注。迄今为止，绝大多数有效的手性卟啉配体都是通过在卟啉的meso（即C₅、C₁₀、C₁₅、C₂₀）位引入手性元素合成的，如Halterman教授以及Peter Zhang教授发展的特色卟啉；而在卟啉的β（即C₂、C₇、C₁₂、C₁₇）位引入手性元素的报道极少，仅有的少数例子，将其应用于不对称催化中，均表现出不理想的手性诱导结果（<10% ee）。另一方面，由于卟啉是个大平面结构，在卟啉meso位的芳基邻位上引入手性元素也会非选择性的形成轴手性，生成众多非对映异构体。造成单一非对映异构体的收率低下，实际应用较为困难。

近日，同济大学郑生财研究员、赵晓明教授研究团队联合瑞士洛桑联邦理工学院祝介平教授课题组另辟蹊径，打造出新型β-芳基轴手性卟啉。该类轴手性卟啉由前期报道的3-芳基轴手性吡咯（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 9215-9219; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 1494-1498）合成。反应条件温和、产物构型单一、收率较高。易于实验室实现克级合成。使用经典的偶联反应可实现众多衍生物的合成，从而实现轴手性卟啉库的建立，为辅助更多的金属不对称催化反应奠定了基础。

该轴手性卟啉在辅助铱金属不对称催化C-H键烷基化应用中有着优异的表现。除了优秀的对映选择性，相较于已报道的文献，该铱金属轴手性卟啉体系亦有着优秀的化学选择性，如苯并二氢呋喃、胡椒环以及苄醚类结构均可在该反应体系下兼容。

在该工作中，郑生财研究员团队联合祝介平教授课题组设计了β-芳基轴手性卟啉类化合物，并发展了其合成方法。该类卟啉在辅助铱金属不对称催化C-H烷基化应用中有着优异的表现。该β-芳基轴手性卟啉类化合物为首例报道，在辅助更多的金属不对称催化反应中拥有着巨大潜力。

这一成果近期发表在 Angew. Chem. Int. Ed.上，文章的并列第一作者是同济大学的博士研究生袁珊珊及孙俊超。

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Design and Synthesis of C₄-Symmetric Axially Chiral β-Aryl Porphyrins and Application for Supporting Ir(III)-Catalyzed Enantioselective C−H Alkylation

Shanshan Yuan, Jun-Chao Sun, Xiao-Ming Zhao, Jieping Zhu, Sheng-Cai Zheng,

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202404329

郑生财博士简介

郑生财，同济大学化学科学与工程学院研究员，博士生导师。2013年于同济大学获得博士学位。2013年到2016年在南方科技大学从事博士后研究；2017年到2020年于瑞士洛桑联邦理工学院从事博士后研究；2020年11月就职于同济大学。

主要研究领域为：1）基于轴手性吡咯进行手性催化剂设计合成，以此开发新型不对称催化反应。2）轴手性卟啉的材料学应用。3）手性多齿配体的开发与应用。

课题组网页：

https://zhengscgroup.tongji.edu.cn/ 

https://www.x-mol.com/university/faculty/378997 

科研思路分析

Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

A：如上所述，我们的研究兴趣是基于轴手性吡咯进行手性催化剂设计合成。众所周知，卟啉构成血红蛋白以及叶绿素的核心骨架，在生命进程中扮演着不可或缺的角色。围绕其展开的仿生催化由来已久。在不对称催化方面，生物学家通过不断定向进化原卟啉周围的手性蛋白质，从而使核心金属卟啉获得优异的不对称催化效果。而化学家们则对其核心骨架进行相关手性修饰。我们前期系统研究过3-芳基轴手性吡咯构建，而该类吡咯正是轴手性卟啉的前体。轴手性的金属卟啉的位阻基团在结构上正好毗邻反应的活性中心。对相关位点的精准修饰，借鉴酶定向进化相同的理念，定向控制金属卟啉活性中心的手性环境，预想可以实现优异的不对称催化效果。

Q：研究过程中遇到哪些挑战？

A：因该手性卟啉调控位点较多，对该轴卟啉的定向修饰及手性环境诱导催化效果的定向筛选均有一些挑战。

Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？

A：该轴手性卟啉库建立以后，可以搭载不同的金属。实现众多手性金属卟啉的不对称催化反应。另外，卟啉由于其特殊的结构及光学性质，在材料学方面也有着很多应用。故该轴手性卟啉在分子识别，手性分离以及光学材料上可能有着很好的应用前景。