文章导读
固有手性杯[4]芳烃长期受制于构象灵活、易消旋的结构瓶颈，如何将其锁定为稳定手性骨架一直是合成化学的难题。清华大学化学系佟硕团队以杯[4]芳烃为前体，通过分子内大环化策略，借助钯催化不对称远程跨环Suzuki-Miyaura偶联，高效构建了一类新型固有手性双大环分子，最高以71%产率和91% ee值获得目标产物。这类分子具有稳定锥式构象和独特半包围手性空腔，残留Bpin基团可进一步官能化，在不对称催化与圆偏振发光材料中展现出潜力。这一策略能否为固有手性大环合成打开新路径？
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近日，清华大学化学系佟硕副教授团队在固有手性双大环分子的不对称合成上取得突破，该团队以杯[4]芳烃为前体，通过分子内大环化策略，利用钯催化不对称远程跨环Suzuki-Miyaura偶联反应，高效构建了一类新型固有手性双大环分子。此类分子具有稳定的构象和独特的半包围手性空腔，可通过残留Bpin基团进行官能化后修饰进一步拓展结构多样性，在手性主客体识别和手性催化等方面展现出潜在应用价值。
该团队从经典杯[4]芳烃出发，设计了上沿带有溴代芳基长链连接臂和Bpin基团的前手性杯[4]芳烃底物，在[Pd(allyl)Cl]2和手性SPHENOL型亚磷酰胺配体催化下，连接臂末端的芳基溴与相邻芳环上沿的Bpin基团发生分子内远程跨环Suzuki-Miyaura偶联，构建固有手性双杯芳烃大环。经过系统的条件优化和配体筛选，以最高71%产率和91% ee值获得目标产物（图1）。
图1. 固有手性双大环分子的合成
研究团队对所得双大环分子进行了结构表征、理论计算及性质研究。单晶X射线衍射表明，分子具有稳定的锥式构象，双大环骨架将苯基-萘基片段锁定为单一取向，呈现(Ric, aS)构型；新形成大环中酰胺氮为sp2杂化，与Boc羰基共轭，归因于双大环骨架环张力诱导的构象扭曲。DFT计算表明，高对映选择性源于手性配体诱导的环钯复合物构象差异，大环构象张力变化在手性诱导过程中起决定性作用（图2）。研究还利用残留Bpin基团通过Suzuki偶联引入了苯基、对氰基苯基、芘基等多种官能团，产率最高达97%且对映选择性完全保留，并将高对映纯度的二苯基膦苯基取代衍生物作为手性配体在不对称催化中进行了初步探索（图3）。此外，这类双固有手性大环分子也具有良好的手性光学性能（图4），尤其是对氰基苯基取代的双大环衍生物表现出了较好的圆偏振发光活性（glum = 3.4 × 10-3）。
图2. 过渡态理论计算结果
图3. 固有手性双大环分子Bpin基团的后转化
图4. 固有手性双大环分子CD与UV-Vis（左）、CPL与荧光（右）光谱
该研究为固有手性大环的合成提供了一种新策略，突破了传统固有手性杯[4]芳烃因构象灵活易消旋的结构局限，在手性识别、不对称催化和手性光学材料等领域展现出应用潜力。
研究成果以“杯[4]芳烃的催化对映选择性远程跨环去对称化反应构建固有手性双大环”（Catalytic Enantioselective Remote Transannular Desymmetrization of Calix[4]Arenes to Inherently Chiral Double-Macrocycles）为题，于9月27日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）期刊上。
论文共同第一作者为清华大学化学系2024级博士生张玥和张鑫博士，通讯作者为佟硕副教授。
本研究工作得到国家自然科学基金和清华大学笃实专项的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/anie.7110885
供稿：化学系
编辑：李华山
审核：王晓霞
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