北大校友一作！催化剂分化策略，最新Nature Chemistry！
学术
2024-10-01 08:18
广东
催化剂分化是催化化学中的一种新兴策略，因其在多步骤合成中展现出的高效性和灵活性而成为研究热点。近年来，过渡金属催化的快速发展推动了有机合成的变革，尤其是在碳-碳和碳-氮键的构建方面。然而，传统的多催化剂接力催化（MCRC）在催化剂的制备和相容性方面存在显著挑战，通常需要独立合成多个催化剂，这限制了其在复杂分子合成中的应用。为了解决这一问题，美国罗格斯大学（Rutgers University）化学系Michal Szostak团队携手在Nature Chemistry期刊上发表了题为“Gold-catalysed amine synthesis by reductive hydroamination of alkynes with nitroarenes”的最新论文。科学家们提出了催化剂分化策略，通过从单一母体催化剂生成多种催化物种，简化了多步骤反应的催化过程。这一策略在合成胺类化合物中展现出了优异的性能，尤其是通过金催化实现的直接还原氨化反应（RHAA）。研究表明，这种催化剂分化方法不仅提高了反应的选择性和效率，还显著扩展了可用底物的范围，包括难以合成的功能化胺。Michal Szostak教授，博士毕业于美国堪萨斯大学，博士期间师从Jeffrey Aubé教授。他先后在普林斯顿大学David MacMillan教授课题组和曼彻斯特大学David Procter教授课题组进行了博士后研究工作。随后，他加入了罗格斯大学从事教学和科研工作。Michal Szostak教授团队的研究主要集中在：发展基于过渡金属催化、酰胺键、N–C、O–C、C–H键活化、Pd–NHC催化的新型催化方法和合成方法学。Michal Szostak教授目前累计发表180余篇论文，现在担任Molecules 期刊Organometallic Chemistry Section主编。1. 实验首次实现了催化剂分化策略，通过使用单一金(I)催化剂[(ImPyDippMes)AuCl]，成功地在多催化剂接力反应中生成三种不同的催化物种，显著提高了反应的效率和选择性。2. 实验通过三重接力催化（RHAA）反应，成功合成了生物相关的胺结构，在反应中实现了对氮源（亚硝基苯）和底物（烯烃）的高效转化，提供了超过100个实例的功能基团耐受性。3. 计算结果表明，[(ImPyDippMes)AuH]比[(IPr)AuH]具有更强的亲核性，其HOMO能级较高，Wiberg键级数显示NHC–Au键更强，Au–H更具亲核性，从而增强了催化反应的效果。4. 通过系统的催化行为研究，发现阳离子金复合物在氢化步骤中表现优异，其反应速率显著高于氢桥复合物，且最终产品的选择性和收率也得到了有效提升。本文展示了催化剂分化策略在合成复杂有机分子的潜力，尤其是胺类化合物的合成。这一策略通过将多步反应整合为单一催化剂的多重接力反应，不仅简化了合成流程，还显著提高了反应的选择性和效率。研究表明，金氢复合物在催化反应中的特殊作用使其成为传统方法的有效替代，尤其在处理反应条件不兼容的底物时显示出独特优势。这种方法的成功应用不仅为制药工业提供了新的合成路径，也为催化化学领域的未来研究开辟了新的方向。通过优化催化剂结构和反应条件，能够实现对不同功能基团的兼容性，从而满足合成复杂分子的需求。未来，进一步探索其他金属催化剂的分化策略以及与生物分子相结合的可能性，将为化学合成带来更多创新思路。这些研究结果不仅推动了基础科学的发展，也为实际应用提供了理论依据，具有广泛的社会和经济价值。Zhou, T., Gao, P., Lalancette, R. et al. Gold-catalysed amine synthesis by reductive hydroamination of alkynes with nitroarenes. Nat. Chem. (2024). https://doi.org/10.1038/s41557-024-01624-8🌟 同步辐射，找华算 ！三代光源，全球机时，最快一周出结果，保质保量！👉全面开放项目：同步辐射硬线/软线/高能/液体/原位/SAXS/GIWAXS/PDF/XRD/数据拟合！🏅 500+博士团队护航，助力20000+研究在Nature&Science正刊及子刊、Angew、AFM、JACS等顶级期刊发表！
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