氢原子抽提新催化剂助力不对称合成！

【研究背景】

氢原子抽象（HAA）是一种重要的化学反应过程，广泛应用于有机合成和材料科学等领域。近年来，奎克啶（quinuclidine）作为一种高效催化剂在HAA反应中得到了广泛关注。与传统催化剂相比，奎克啶能够通过形成强的N–H键在反应中促进中间电离自由基阳离子的生成，这使其在抽取氢原子方面表现出色。然而，尽管奎克啶催化的HAA反应在效率上取得了成功，但如何实现其不对称性和提高产物选择性仍然是一个重要挑战。

最近，英国剑桥大学Antti S. K. Lahdenperä，Jyoti Dhankhar，Daniel J. Davies，Robert J. Phipps等人合作在HAA催化领域取得了新的进展。该团队设计并制备了一种具有手性特征的奎克啶衍生物，作为不对称HAA催化剂进行反应研究。他们利用Cinchona生物碱的结构特征，显著提高了产物的选择性和光学纯度，成功实现了对多种中性二醇的非对称脱同分异反应（desymmetrization），获得了相应的手性二醇产品。

通过系统的实验研究，团队还发现该手性催化剂能够在不同条件下与无机氢原子供体有效结合，并生成自由基中间体，进而与氢原子供体反应。该研究成果不仅拓展了奎克啶催化剂的应用范围，还为对称分子转化为手性分子的研究提供了新的思路和方法。此外，该催化方法与现有的主要手性二醇合成策略形成了良好的互补，展现出在非对称自由基化学领域的重要应用潜力。

【表征解读】

本文通过多种表征手段对新型手性氢原子抽提催化剂进行了深入研究，从而揭示了其在不对称氢原子抽提（HAA）反应中的重要性。作者使用了核磁共振（NMR）光谱、红外光谱（FT-IR）和质谱（MS）等技术，对所合成的催化剂及其反应中间体进行了全面的表征，获得了有关其结构和反应机制的关键信息。

针对所观察到的反应选择性现象，通过NMR分析，作者发现所形成的化合物具有特定的立体化学特征，这表明催化剂在HAA过程中能够有效控制反应的立体选择性。同时，FT-IR谱图显示出催化剂与底物之间的氢键相互作用，这为催化机制的理解提供了重要依据。通过质谱分析，作者进一步确认了反应中间体的形成以及其在后续反应步骤中的转化情况。

在此基础上，通过一系列反应动力学研究和动力学模型的构建，作者揭示了手性催化剂在底物选择性方面的微观机理。这一研究不仅深入挖掘了催化剂的作用机制，也为优化催化剂结构提供了新的思路。具体来说，作者发现手性氢原子抽提催化剂的设计能够显著影响反应的速率和选择性，从而为后续的研究奠定了基础。

总之，经过多种表征手段的综合分析，作者深入研究了手性氢原子抽提催化剂的反应机理，并进一步制备了具有优异催化性能的新材料。通过对催化剂与底物的相互作用进行深入研究，作者推动了不对称催化领域的进步，为未来开发新型催化剂和反应策略提供了重要的理论依据。最终，这些研究成果不仅拓宽了不对称合成的应用范围，也为相关领域的技术发展提供了重要支持。

【图文速递】

图1：对映体选择性氢原子转移Hydrogen atom transfer，HAT背景概述。

图2：反应优化及手性氢原子提取hydrogen atom abstraction，HAA催化剂探索。

图3. 环内消旋二元醇对映选择性差向异构化的反应范围。

图4.反应范围。

图5.在生物活性分子中的应用。

【结论展望】

本文基于喹啉类生物碱的手性氢原子抽提催化剂的开发为不对称氢原子抽提反应（HAA）提供了新的思路。通过对喹啉类化合物结构的精细调整，研究人员成功设计出能够有效促成环状顺式二醇转化为反式二醇的手性催化剂，这一过程不仅提高了产物的对映体选择性（ee），而且在合成反应中引入了原子经济性。在探索不同催化剂的过程中，研究者们发现立体中心的改变对催化效果的显著影响，表明催化剂的微小结构变化可能导致反应选择性的大幅波动。这项研究不仅拓宽了氢原子抽提反应的应用范围，还为后续的手性催化剂设计提供了重要的理论基础。此外，研究还展示了在反应中多重催化剂系统的潜力，强调了不同催化剂间的协同效应在实现高效催化中的关键作用。总之，这项研究为有机合成中使用手性催化剂的研究提供了新的视角，推动了不对称合成方法的创新发展。

文献信息：Antti S. K. Lahdenperä et al. ,A chiral hydrogen atom abstraction catalyst for the enantioselective epimerization of meso-diols.Science386,42-49(2024).DOI:10.1126/science.adq8029