有机定制合成网

有机定制合成网 021-51009326
专注化合物定制合成服务

JACS//生物激发水驱动的不对称催化质子化反应

on style="white-space: normal; text-indent: 32px; line-height: 2em;">今天跟大家分享一篇发表在J. Am. Chem. Soc上的文章,文章的题目是:Bio-inspired Water-Driven Catalytic Enantioselective Protonation。本文的通讯作者是韩国成均馆大学的Choong Eui Song教授。

前手性碳负离子在水中的催化对映体选择性质子化是生物体系中常见的合成单手性分子的转化过程,质子在水中扩散的异常快速从而导致不受控制的外消旋质子化,使得其在合成化学中的应用一直是一个巨大的挑战。因此,以对映体选择性的方式控制质子在催化活性中心内的运动是极具挑战性的。为了防止外消旋质子化的发生,从而在水中实现对映体选择性质子化,必须阻止散装水进入催化中心。在能够催化对映体选择性质子化的酶中,尤其是乙二醛酶I通过催化半硫缩醛的对映选择性异构化在酶促糖基化防御中起关键作用,但是选择性地引入到瞬时烯二醇中间体中仍然是极具挑战性的。“水上”催化最近受到了广泛的关注。由于疏水水合作用,水上催化使催化剂和底物之间的疏水相互作用得以加强,从而提高了反应速度。基于此作者报道了一种模拟乙二醛酶,构建了拟酶催化烯二醇中间体过程的硫代半缩醛异构反应,该过程中水分子起到重要作用。
作者首先考察了作为人造乙二醛酶模拟物的双功能Takemoto型催化剂5的半硫缩醛3aa的异构化,该半缩醛3aa是由GSH替代物中的苯基乙二醛1a和苄基硫醇2aa生成的,得到α-羟基硫酯4aa(如图1)。当在环戊基甲醚(CPME)等有机溶剂中进行反应时,即使在48h后也几乎没有转化率。当水作为反应介质时,反应速率加快,但在没有疏水助溶剂(即仅在水中)的情况下所获得的ee值远低于在CPME中所获得的值。CPME作为疏水性助溶剂添加剂的加入显著提高了对映体选择性。经筛选发现,桉油醇在化学收率和目标产品的对映选择性方面都是最优的。
1. 首次观察到水上条件下的疏水扩增
接下来以桉油醇为疏水共溶剂,考察了硫醇结构对反应速率和对映体选择性的影响(如图2)。无论取代程度如何,不论取代程度如何,就对映选择性而言,发现烷基硫醇都可作为一般的GSH替代物。
2 硫醇结构对反应速率和对映体选择性的影响
作者又利用两相微流控进行条件优化。如上所述,归因于水与过渡态的“空间分离”,疏水助溶剂的使用是实现高对映体选择性的关键点。然而,在搅拌条件下,很难完全抑制水相与有机反应物之间的负界面氢键相互作用,因为搅拌会不断地再生新的有机-水界面。因此,作者认为这个问题可以通过采用两相微流控系统来解决。由1a和2a自发生成的半硫代乙醛3aa的催化异构化作为模型反应在两相微流控系统(桉树油)中进行质子化反应。该系统使用盐水和有机反应物(1a和2a)和催化剂5a的有机溶液的受控流的交叉节点来设置(如图3)。结果表明在水中产生的微流控条件始终高于在搅拌条件下获得的结果。
半硫代缩醛异构化的两相微流控系统及两相微流控条件对对映体选择性的影响
作者又考察了水驱动对映选择性质子化的底物范围(如图4)。利用微流控反应器和间歇式反应器考察了底物的通用性。对于所有底物类别,微流控水上系统的对映体选择性明显高于水上间歇条件下获得的对映体选择性,在某些情况下(例如,对于4ad、4fd、4gd、4md、4nd和40d),通过增加微流控系统内的压力,实现了对映体选择性的额外增加。综上所述,在不对称催化中,水可以干扰催化,而两相微流控系统的使用可以解决在不对称催化中引入水作为溶剂的固有问题。
4 半硫缩醛的对映异构化中水诱导疏水性扩增的底物通用性
除此以外,作者又验证了水驱动催化的物理起源。利用红外光谱及不同压力下对3aa的催化异构化反应进行了动力学测量,阐明水上条件加速效应来源的机理。本研究表明,所探究的过渡态比原料的组合要紧密得多,证明,在水条件下,通过疏水反应混合物附近水分子的加强氢键(即疏水水合效应)来加速反应。以1-氘-苯乙醛为原料进行位素实验,进一步阐明目前仿生催化反应的机理。
总之,作者提供了水中对映选择性质子化的应用实例,揭示了如何以对映选择性的方式控制高流动性质子在水中的运动性。在双功能有机催化剂存在下,乙二醛和硫醇原位生成的半硫缩醛在水中能够进行高度对映体选择性的乙二醛酶Ⅰ-模拟催化异构化反应,该反应通过对映体选择性的中间体烯二醇进行质子化反应。水上条件下,反应速度显著加快。相比之下,同样的反应几乎不可能在有机溶剂中进行。此外,特别是在两相微流控条件下,主体水进入对映体确定过渡态的通道被有效地阻止,从而能够在模拟酶作用的瞬时烯二醇中间体中高对映选择性地引入高流动性的质子。所得α羟基硫酸酯产品的对映体过量都在90%以上。因此,采用两相微流控系统可以解决在不对称催化中引入水作为溶剂的固有问题,在不对称催化中,水会对催化产生负面干扰,从而降低立体选择性。该报道可能为设计更具挑战性的仿生催化不对称反应提供一个潜在的起点。


有机定制合成网 » JACS//生物激发水驱动的不对称催化质子化反应

相关推荐

咨询化合物定制合成与纳米材料 提供技术支持和售后服务

咨询定制合成 购买化合物产品
在线营销
live chat
no cache
Processed in 0.312517 Second.