阴离子结合策略实现高对映选择性光氧化还原催化杭州股票配资门户
光氧化还原催化已成为合成化学中一种革命性策略，通过产生高反应性的自由基离子中间体，实现了多种有价值的化学反应。尽管将手性抗衡阴离子与阳离子自由基中间体配对，为控制反应的绝对立体化学提供了潜在工具，但离子对效应在光诱导过程的效率及自由基离子对反应性方面的限制，严重制约了有效手性阴离子的应用范围。现有方法通常依赖于在光激发前将底物与手性催化剂结合，这往往需要对底物进行功能化修饰，限制了其普适性。
Eric N. Jacobsen出生于1960年，是美国有机化学家，26岁博士毕业，33岁成为哈佛大学教授。他多年如一日在手性有机催化领域深耕细作，已获多项重大突破，俨然Nature、Science的常客。
哈佛大学Eric N. Jacobsen教授团队提出了一种通过中性手性小分子氢键供体与阳离子自由基中间体的抗衡阴离子结合，从而实现高对映选择性的新策略。该方法成功应用于四类富电子烯烃的环加成反应，合成了具有多达四个新立体中心的环状产物，对映体过量率最高可达99%。相关论文以“An anion-binding approach to enantioselective photoredox catalysis”为题，发表在Science。
研究团队提出了一种全新的催化循环机制：在光氧化还原催化或自由基链机制中，手性氢键供体通过与抗衡阴离子结合，调控阳离子自由基中间体的反应路径，从而实现对映选择性控制（图1）。这一策略无需在底物中引入导向基团，兼容多种非手性阴离子，并通过非共价相互作用实现立体诱导。
图1. 对映选择性阴离子结合光氧化还原催化示意图 （A）对映选择性光氧化还原催化中的策略。（B）提出的催化循环：手性氢键供体在光氧化还原催化或自由基链机制中应用于阳离子自由基中间体的对映选择性反应。（C）本研究开发的策略的总体示意图。
在（2+2）环加成反应中，研究团队以反式茴香脑衍生物为模型底物，筛选了多种双硫脲类氢键供体催化剂。优化后发现，在蓝光照射、-77°C条件下，使用吡喃鎓对甲苯磺酸盐与双硫脲催化剂可高效、高选择性地合成环丁烷产物，产率68%，对映体过量率达99%（图2A）。控制实验证实反应依赖于光、吡喃鎓盐和氢键供体，且遵循阳离子自由基机制。此外，氢键供体与阴离子的结合行为通过核磁滴定得到验证（图2C），进一步支持了阴离子结合机制。
图2. （2+2）环加成反应中的催化剂优化 （A）氢键供体结构及反应条件的影响。（B）含不同阴离子的吡喃鎓盐的评价。（C）1a与2d结合的Job图分析。（D）反应条件对非对映选择性的影响。
该方法展现出广泛的底物适应性。多种反式茴香脑类似物均能以高对映选择性参与（2+2）环加成反应，生成具有不同取代模式的环丁烷产物（图3A）。值得一提的是，研究还成功将产物4a转化为天然产物（+）-endiandrin A的对映体，证明了该策略在复杂分子合成中的实用性（图3B）。此外，该方法也可拓展至（2+4）环加成反应，生成具有高非对映选择性和中等对映选择性的六元环产物（图3C）。
图3. （2+2）和（2+4）环加成反应的底物范围 （A）对映选择性（2+2）环加成反应的底物范围。（B）将4a对映特异性转化为（+）-endiandrin A。（C）在开发条件下评估（2+4）环加成反应。
研究进一步将阴离子结合策略应用于（2+3）和（2+1）环加成反应。在（2+3）反应中，通过优化双脲类氢键供体结构，实现了乙烯基重氮乙酸酯与烯烃的高对映选择性环戊烯合成（图4A）。X射线晶体学分析揭示了催化剂与阴离子之间的1:1结合模式（图4B）。在（2+1）环丙烷化反应中，使用2-萘基双脲催化剂，成功合成了多种具有高对映选择性的环丙烷衍生物（图5B），其中某些产物显示出优异的非对映与对映控制水平。
图4. 光催化氢键供体共催化的（2+3）环加成反应 （A）反应条件及底物范围。（B）2j与NMe₄OTs的1:1复合物的X射线晶体结构。
图5. 对映选择性（2+3）和（2+1）环加成反应 （A）（2+3）环加成反应的底物范围。（B）（2+1）环加成反应的底物范围及产物8c的X射线结构。
该研究展示了利用手性氢键供体通过阴离子结合调控开壳层阳离子自由基中间体反应性与选择性的普适策略。这一方法不仅拓展了不对称光氧化还原催化的工具箱，也为未来开发基于高能中间体的其他催化反应提供了新思路。
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