王其强课题组《德国应用化学》：底物诱导组装大环超分子催化新策略

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在酶催化过程中，当底物和酶相互接近时，能诱导酶的结构发生变化，使之与底物互相适应，进而促进相互结合。这种诱导-契合现象被认为是酶催化的重要特征之一，是酶催化具有高效率和高选择性的重要原因。与之相比，在人工催化体系中，对底物诱导-契合动态催化过程的研究较为少见。对上述过程的研究，可加深人们对催化过程及其本质的认识，为设计开发高效的人工催化体系提供重要思路。

　　最近，在国家自然科学基金委和中国科学院的支持下，中科院化学研究所分子识别与功能重点实验室研究员王其强团队，受酶催化诱导-契合机制启发，发展了底物诱导组装的仿酶协同不对称催化策略，实现了高效高选择性的脱羧曼尼希反应。他们设计合成了一系列四氨基双硫脲多功能手性大环，发现这些大环分子具有相对柔顺的构象，在硫酸根离子的诱导下能二聚组装。通过二聚组装，大环分子中的硫脲识别位点交互协同，同时形成一个手性开放口袋，多个叔胺位点位于口袋边缘。受此启发，他们将大环应用于催化环状醛亚胺与苯基β-酮酸的脱羧曼尼希反应，设想经过亚胺底物原位诱导大环催化剂的二聚组装，触发形成高度互补的多重氢键活化网络，进而活化亚胺底物自身，实现高效高选择性催化。他们发现，对于一系列的亚胺和酮酸底物，仅需5mol%的大环催化剂上载量，反应即可获得几乎定量的转化和高达95%ee值。一系列的键合研究、原位质谱监测、动力学实验、非线性效应、控制实验以及理论计算结果，为上述底物诱导组装的催化机制提供了有力支持。该策略为发展高效的协同不对称催化提供了新思路。
　　相关研究工作发表在近期的《德国应用化学》杂志上（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2623-2627），第一作者是博士生郭豪。
       https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201910399
       文章来源：中国科学院化学研究所


      王其强 ，中国科学院化学研究所研究员   ，博士生导师。致力于利用各种超分子化学的手段实现对催化剂和反应组分的可控组装和非共价键修饰，结合超分子过渡金属催化和大环笼状分子模拟酶催化的特点，将模板导向组装、底物预组织、辅助因子催化等设计原则引入到新型大环超分子催化体系的设计与合成中，并主要用于探索有机小分子催化。