「高端路線」——Matthew J.Gaunt教授工作簡介

知識 08-13

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今天的主人公——英國劍橋大學的Matthew J. Gaunt教授，1995年本科畢業於伯明翰大學，在劍橋大學Jonathan B. Spencer教授的指導下於1999年完成博士學位，此後至2001年在賓夕法尼亞大學Amos B. Smith教授課題組從事博士後研究，隨後回到英國，在莫德琳學院與Steven Ley教授共事兩年，並於2003年在劍橋大學開始了獨立研究工作。獨立工作十四年以來，Matthew J. Gaunt教授已發表論文48篇，雖然數量不算多，但是絕大部分都可稱精品，走的是「高端路線」。其中包括1篇Nature、2篇Science（點擊閱讀詳細）、1篇NatureChemistry（點擊閱讀詳細）、15篇JACS、18篇Angew. Chem.。下面筆者與大家一起來鑒賞一下Gaunt教授這些年來的研究工作。

Matthew J. Gaunt教授。圖片來源：University of Cambridge

Gaunt教授課題組致力於開發新的對映選擇性合成技術，並利用這些方法設計新的合成路線和策略，從而實現複雜結構目標產物的快速合成，提供具有潛在生物活性的複雜分子。研究領域具體分為以下四個方面：（1）有機分子參與的不對稱催化反應；（2）過渡金屬催化的C-H鍵活化反應；（3）串聯反應用於複雜骨架的構建；（4）化學生物學研究。

圖1. Matthew J. Gaunt教授課題組的工作。圖片來源：University of Cambridge

有機分子參與的不對稱催化反應

近年來，有機分子催化反應得到了極為廣泛的關注。與金屬催化反應相比，有機分子催化反應具有以下優點：對空氣、水不敏感，毒性低且成本低廉。基於此，Gaunt教授課題組開展了一系列有機分子參與的不對稱催化反應。其中，不對稱環丙烷化反應成果顯著。

以往常用的環丙烷化反應策略有Simmons-Smith環丙烷化反應、金屬卡賓參與的環丙烷化反應等，Matthew J. Gaunt教授課題組開發了新穎的叔胺催化的α-溴代酮與烯烴的環丙烷化反應（圖2）。

圖2. 叔胺催化α-溴代酮與烯烴的環丙烷化反應。圖片來源：University of Cambridge

該反應的機理為（圖3）：α-溴代酮1與叔胺發生SN2親核取代反應形成季銨鹽I，鹼性條件下，季銨鹽I消除一分子溴化氫形成葉立德II，隨後葉立德II與烯烴2發生共軛加成反應生成中間體III，最後III發生分子內環化生成環丙烷產物，並釋放出叔胺催化劑完成催化循環。

圖3. 叔胺催化α-溴代酮與烯烴的環丙烷化反應的機理。圖片來源：University of Cambridge

過渡金屬催化的C-H鍵活化反應

金屬催化反應在現代有機合成領域中佔有不可動搖的主導地位，Gaunt教授課題組在該領域開展了較多的工作。工作重點為：在過渡金屬的催化下，活化「惰性」C-H鍵（圖4），實現分子間或分子內C(sp)-H鍵、C(sp2)-H鍵、C(sp3)-H鍵的官能團化（圖5）。為了提高研究效率，課題組採用平行反應儀器（圖6）對反應進行快速篩選。