Nature Chem.：南科大譚斌組實現不對稱有機催化芳基碳氫官能團化

南方科技大學國家「青年千人計劃」入選者，譚斌教授課題組在催化不對稱構建軸手性化合物研究領域取得突破性進展。他特別感謝南科大提供的世界一流平台和南科大神級校長--陳十一院士對他的大力支持，文末特別設計了「Shiyi fund」 Logo，以示感激。

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引言

軸手性聯芳基化合物廣泛存在於天然產物及生物活性分子中，也是一類十分重要的手性配體或催化劑。由於這類結構的重要性，催化不對稱構建聯芳基化合物吸引了科研工作者的廣泛關注，並在近幾年取得了快速發展。已報道的構築軸手性聯芳基結構的方法包括不對稱（氧化）偶聯、不對稱構建其中一個芳環、去對稱化、動力學拆分等。過去幾十年基於金屬催化的碳-氫鍵活化在芳烴官能化方面取得了深遠發展，為聯芳基化合物的構建提供了一種直接有效的途徑，但目前通過此方法實現不對稱合成聯芳基化合物還大多局限於手性輔基的參與，僅有幾例催化不對稱氧化偶聯報道。另一種常見的芳基官能團化策略即芳香親電取代反應。這是一類基本的有機化學反應類型，即以芳烴作為親核試劑，實現許多重要的化學轉化如硝化、鹵化、磺化、醯基化、烷基化等。有機催化作為不對稱催化的重要分支，在過去近二十年取得了令人矚目的成就，基於共價、氫鍵、離子作用原理設計的催化劑種類多樣，各類高效的催化反應在不對稱構建複雜分子骨架方面也顯示出了強大的優勢。但相對於金屬催化，有機小分子在惰性碳氫鍵（C-H）的官能化方面有著天然的局限性，因此，關於有機小分子催化實現芳烴C-H的不對稱官能化方面是一個公認的科學難題，這在國際上的研究也是一片空白。

成果簡介

譚斌課題組logo

近年來，譚斌教授課題組在有機催化構建軸手性化合物領域取得了一系列的研究成果。如利用雙酸催化策略，通過簡單1,4-二羰基化合物與芳胺發生Paal-Knorr反應高效不對稱構建軸手性芳基吡咯骨架化合物（J. Am. Chem. Soc.,2017, 139, 1714）；利用手性布朗斯特酸作為催化劑，以簡單的鄰氨基苯甲醯胺衍生物為原料，實現了結構多樣的軸手性3-芳基喹唑啉酮的不對稱合成（Nat. Commun.,2017, 8, 15489）；另外，在手性二級胺的催化下實現了1,3-二酮、丙二腈類親核試劑與2-位取代的苯乙炔醛的反應，首次高效地合成了具有苯乙烯骨架的軸手性化合物(Nat.Commun.,2017,8, 15238)。

基於課題組在小分子催化構建軸手性化合物方面的研究基礎，我們大膽設想如何利用有機小分子催化實現直接芳烴與芳烴之間的不對稱反應，簡單直接的獲得手性聯芳基軸手性化合物。實現這一挑戰性的難題，需回答三個方面的問題：1、選取何種反應機理作為反應設計基礎？2、反應底物的設計需符合哪些條件？3、如何有效地實現反應的立體控制？

該研究以形式上的芳香親核取代為反應設計基礎，通過在芳烴上引入偶氮基團作為導向和活化基團，利用手性磷酸催化的形式上的芳基C-H官能團化策略，與吲哚親核試劑發生不對稱芳香親核反應，極具創造力的完成了鄰苯胺芳基和芳基吲哚軸手性骨架的手性控制。通過改變吲哚2、3位取代基樣式，可高效獲得不同結構的軸手性芳基吲哚化合物及含相鄰季碳中心的吡咯吲哚啉產物。

圖文導讀

圖1. 芳基碳氫官能團化。

圖2. 最初的優化結果

圖3. 通過改變吲哚2、3位取代基樣式得到三種不同結構的產物。

(a)軸手性吲哚-芳基化合物。(b)軸手性吲哚-苯胺化合物。(c)含相鄰季碳中心手性吡咯吲哚啉化合物。

圖4. 反應機理。

小結與展望

上述研究成果充分表明，基於有機催化實現形式上的芳烴C-H的不對稱官能化是可行的，打破了之前芳烴C-H官能化必須金屬參與的傳統觀念。通過對底物的設計和催化劑條件的調控，基於芳香親核取代反應的立體化學問題可以得到很好的解決，構建結構豐富的軸手性化合物。相信在相關研究領域基於這一反應模式將很快湧現出更多的研究成果。有機催化作為不對稱催化的重要分支之一，再次表現出其強大的生命力，相信會掀起新一輪的研究熱潮。

通訊作者

譚斌，博士生導師，南方科技大學化學系副主任，國家「青年千人計劃」和深圳市海外高層次人才「孔雀計劃」入選者。2005年碩士畢業於廈門大學化學系。 2006年開始在新加坡南洋理工大學化學與生物化學系鍾國富教授的指導下從事新型手性有機催化劑的設計及不對稱多米諾反應的研究，於2010 年3月獲得博士學位。2010年3月至2012 年9月，有幸在有機小分子催化領域的發源地之一美國斯克普斯研究所（The Scripps Research Institute），師從Barbas教授繼續在此領域從事博士後研究。2012年9月加入南方科技大學化學系。到目前為止，在核心骨架結構導向的催化不對稱合成及有機催化不對稱多組分反應領域已經發表包括Nature Chem.2篇、Nature Commun.4篇、J.Am. Chem. Soc.7篇、Angew. Chem. Int. Ed.10篇在內的60多篇國外核心期刊SCI檢索論文。總被引超過3000次。

奮戰在有機合成研究前沿 追逐科技新時代

——國家「青年千人計劃」入選者譚斌

事業發展，人才為先。採取積極措施吸引或留置海外人才是世界主要發達國家和新興發展中國家壯大本國人才隊伍的通行做法，也是在較短時間內突破技術瓶頸，提升科研水平的一條寶貴經驗。隨著國家「青年千人計劃」項目的實施，一大批在科研領域具有發展潛力的優秀青年人才選擇回國，為中國科技、產業的跨越式發展提供支撐。譚斌，就是中組部第四批「青年千人計劃「入選者。

譚斌的研究方向是不對稱催化，自在新加坡南洋理工大學攻讀博士開始他就專註於核心骨架結構導向的有機催化不對稱合成、現代催化體系和綠色合成全新方法的開發、手性藥物的開發和天然產物的策略全合成等領域的研究。此後，有幸在世界頂級研究所-斯克普斯研究所，師從有機催化的開創者-Barbas教授，從事博士後研究。對整個領域有全面的了解並且形成了自己獨特的思維。在美國短短的兩年多時間裡，以第一作者身份在國際頂級期刊發表5篇高水平研究論文，創造了屬於自己的神話！

2012年9月，他懷揣著中國高等教育改革的夢想和對深圳這片改革熱土的憧憬，放棄了以教授博導身份加入國內前五大學的機會，毅然決然地以副教授身份加入了南方科技大學，期待在南科大續寫自己的神話。

在科研工作方面，譚斌積極關注學術發展的前沿動態，努力提高自己科研能力和業務水平。從2013年7月份，他開始獨立科研工作，不僅積累了豐富的研究經驗還取得了多項創新性成果，在國際頂級期刊《自然化學》發表1篇、《德國應用化學》發表8篇、在《美國化學會志》發表5篇以及在《自然通訊》發表4篇高水平研究論文。在核心骨架導向的催化不對稱合成和軸手性化合物不對稱構建研究領域取得的重要進展。為催化劑和配體的開發提供源頭的支持，為新策略的探索提供原始創新，也為重大藥物的綠色製備和活性先導化合物的開發奠定了的基礎。可以說為推動南科大向國際化高水平研究型大學的邁進做出了實實在在的貢獻。

除了科研工作，譚斌對於教學事業也兢兢業業，不辭辛勞。他積极參与學校各階段、各方面的建設工作。在教學方面，他結合國外多年的求學經驗思考培養創新型人才的策略，努力探索研究型教學。在譚斌的悉心指導下，有些本科學生以合作者的身份發表了國際高水平的研究論文，申請到了南方科技大學大學生創新創業訓練計劃立項項目，開始獨立的科研工作。「可以毫不誇張的說，有些學生的科研水平已經不亞於一般學校的碩士研究生。」譚斌在採訪中充滿自信地說，「我正在以國外的教學經驗培養自己的學生，希望他們從本科開始就逐漸開始掌握科研的方法，未來我將不遺餘力推進南方科技大學的科研和教學工作，讓它早日成為中國的斯坦福、加州理工。」

譚斌作為一名青年科學家，擁有著年輕人的激情和夢想，從踏上歸途進入南方科技大學那一刻開始，他就把自己的命運與學校向國際化高水平研究型大學發展的目標、與推進中國科學技術發展的理念、與為我國培養高素質科技人才的夢想緊緊鏈接在一起。我們也期待，在充滿挑戰和機遇、在科技和商業領域高速發展的中國改革之都深圳，譚斌和他的團隊一起將在南方科技大學開啟一個科技創新的嶄新時代。

最後，他特別感謝南科大提供的世界一流平台和南科大神級校長--陳十一院士對他的大力支持，他還設計了一個logo用於感謝「Shiyi fund」。

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