惰性碳氢键活化被誉为有机化学的“圣杯”，是一种非常理想的化学转化，具有极高的原子经济性和步骤经济性，可为现代有机合成提供变革性合成策略和技术。虽然这一课题极具挑战性，但却拥有非凡的化学魅力，吸引着一批又一批优秀化学家为之奋斗。目前在碳氢活化中应用最广的当属钯、铑和钌催化剂。鉴于高光学纯度手性化合物的重要性，近年来，过渡金属催化的不对称碳氢活化研究迅猛发展，为多种重要手性化合物的立体选择性构建提供了高效的途径。值得注意的是，绝大多数研究成果依赖于钯和铑催化，而钌催化的不对称碳氢活化却寥寥无几，这与文献中数量庞大的钌催化非不对称碳氢活化研究极不相称。
在碳氢活化研究中，[RuCl2(p-cymene)]2是一种应用极广的催化剂（其中p-cymene为对异丙基甲苯）。不难想象，当使用手性芳烃配体替代其中的p-cymene时，就有可能实现不对称碳氢活化。然而遗憾的是，至今尚无成功的相关案例报道。可能的原因包括：（1）人们对于开发手性芳烃配体金属络合物催化剂缺乏信心。大量研究表明，芳烃配体络合物稳定性较差，芳烃在反应过程中很容易从金属上脱落，这很容易让研究者对开发手性芳烃金属催化剂望而却步，因为手性芳烃配体的脱落意味着催化剂失活或者导致无立体选择性的背景反应；（2）手性芳烃钌络合物难以获得。一方面，不但目前见诸文献报道的手性芳烃钌络合物很少，而且他们要么结构中的手性单元远离中心金属，要么结构难以修饰改造，因此很难被用作有效的催化剂；另一方面，适用于设计开发手性芳烃配体的手性源少。像常用的联萘酚、螺环二酚等优势手性骨架，因其自身含有多个苯环，在制备配体或金属络合物时都面临着难以预期的位置选择性与立体选择性问题。
针对上述挑战，中山大学汪君教授课题组巧妙借助[2.2]对环番（[2.2]paracyclophane）的结构特征，设计了一款具有C2对称性、二烷基取代的[2.2]对环番手性芳烃配体。配体的整体设计思路如下：（1）[2.2]对环番中含有两个苯环，即四个苯环面，其中两个相向的面（“内面”）由于位阻原因不能参与金属络合，而剩余两个“外面”可与金属络合。为了避免络合时可能产生的位置选择性和立体选择性问题，作者将配体设计为C2对称结构，使得两个“外面” 在与金属络合时具有等效性，不会生成立体异构体；（2）作者猜想配体中的烷基取代基由于位阻效应会将体积大的结构片段朝向苯环络合金属的一侧，这就为在金属附近构建理想的手性环境提供了可能；（3）作者推测[2.2]对环番独特的位阻效应以及跨环电子效应将有助于改善络合物的稳定性，从而使得催化剂在不对称催化中保持稳定的催化性能。
on>图一、研究背景和手性芳烃配体设计思路 图二、手性[2.2]对环番配体及其钌络合的合成 基于上述设计思路，作者以光学纯的手性[2.2]对环番二醛为原料，通过两至三步高效合成了一系列带有不同取代基的手性芳烃配体，并制备了相应的钌络合物。接着，该类催化剂被成功应用于N-甲氧基苯甲酰胺与炔烃的催化不对称碳氢活化反应，展示出了优秀的催化活性(最高99%收率)和对映选择性(最高96%ee)。最后，作者对催化剂结构和反应机理进行了研究，提出了可能的催化循环和手性控制模型。 图三、手性[2.2]对环番钌催化剂在不对称碳氢活化中的应用 综上所述，中山大学汪君课题组报道了一类自主设计的手性芳烃配体，其相应的钌(II)络合物在催化不对称碳氢活化反应中展示出优秀的催化活性与对映选择性。该研究不仅消除了人们长期以来对于能否使用手性芳烃金属络合物催化剂实现不对称碳氢活化的疑虑，还为不对称碳氢活化研究提供了一种全新的策略和方法，具有重要的科学意义。另外，鉴于钌是较钯和铑更为廉价的金属，该研究还具有很高的实用价值。预期该类催化剂将在不对称碳氢活化以及其他不对称催化反应中得到更多应用。 论文信息 Chiral Arene Ligand as Stereocontroller for Asymmetric C−H Activation Hao Liang, Weicong Guo, Junxuan Li, Jijun Jiang, Prof. Dr. Jun Wang 论文第一作者是中山大学化学学院2016级本科生梁昊，通讯作者为中山大学化学学院汪君教授。该研究工作得到了国家自然科学基金的资助（21971263）。 Angewandte Chemie International Edition
