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大自然存在大量以碳為手性中心的光學(xué)活性化合物，這些碳中心手性化合物在生命的演化進(jìn)程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。有趣的是，作為同一族的硅，以其為手性中心的有機(jī)硅化合物在自然界中并不存在。這激發(fā)了科學(xué)家們創(chuàng)造并研究這一特殊物質(zhì)的極大興趣。科幻作家甚至大膽推測，與地球的“碳基”生命不同，地外世界可能存在相應(yīng)的“硅基”生命。近年來，隨著不對稱化學(xué)的蓬勃發(fā)展，硅中心手性化合物的構(gòu)建除了傳統(tǒng)的化學(xué)拆分、底物手性誘導(dǎo)之外，也逐漸涌現(xiàn)出了一些更為高級的不對稱催化合成方法。與此同時，這些硅中心手性有機(jī)硅化合物在合成化學(xué)、材料科學(xué)、藥物化學(xué)以及生命科學(xué)等領(lǐng)域也顯示出了非常重要的應(yīng)用價值。

與碳中心手性相比，sp2雜化的硅原子雙鍵穩(wěn)定性差，使得通過加成反應(yīng)來構(gòu)建硅中心手性的途徑不可行，構(gòu)建硅中心手性化合物只能依賴于手性拆分或?qū)η笆中怨柰榈娜ΨQ化。此外，碳–硅鍵的鍵長固有地比碳–碳鍵要長，這就不利于形成緊湊的過渡態(tài)；位于第三周期的硅原子可以形成多于四個共價鍵的結(jié)構(gòu)，會因此容易發(fā)生硅中心手性消旋化；與硅原子相連的取代基團(tuán)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)通常都比較類似，使得其對映面的區(qū)分非常困難。以上這些因素都給構(gòu)建硅中心手性化合物帶了極大的挑戰(zhàn)和難度。因此，如何從簡單的原料出發(fā)，通過簡潔、高效、高對映選擇性的方法構(gòu)建硅中心手性化合物，一直是化學(xué)家們研究的一個難點(diǎn)，同時也是推動其在手性功能材料、電子器件、生命及醫(yī)藥科學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

圖1 串聯(lián)不對稱碳?xì)涔杌?烯烴硅氫化反應(yīng)構(gòu)建硅中心手性

近日，何川課題組從簡單的二氫硅烷和烯烴出發(fā)，首次實(shí)現(xiàn)了銠催化的串聯(lián)不對稱碳?xì)涔杌?烯烴硅氫化反應(yīng)，“一鍋法”流水線般實(shí)現(xiàn)了四取代硅中心手性苯并噻咯類衍生物的高效高對映選擇性構(gòu)建（Streamlined Construction of Silicon-Stereogenic Silanes by Tandem Enantioselective C?H Silylation/Alkene Hydrosilylation, J. Am. Chem. Soc. 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c04863）（圖1）。該方法設(shè)計(jì)巧妙、普適性好，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)化學(xué)選擇性、區(qū)域選擇性和立體選擇性的完美控制，獲得了一系列含有多種官能團(tuán)的四取代硅中心手性苯并噻咯類化合物，為結(jié)構(gòu)多樣化的硅中心手性化合物的模塊化合成提供了簡便、高效的新方法。課題組博士后穆德龍和袁偉為論文的共同第一作者，何川為論文的唯一通訊作者，南科大為唯一通訊單位。此外，化學(xué)系副教授余沛源在理論計(jì)算方面也作出了重要貢獻(xiàn)。

圖2 亞砜導(dǎo)向的不對稱碳?xì)漉０坊磻?yīng)構(gòu)建硫中心手性

除了硅中心手性的構(gòu)建，何川課題組采用對映選擇性去對稱化和平行動力學(xué)拆分的策略，通過對非手性Cp配體和手性羧酸配體的理性設(shè)計(jì)，發(fā)展了Ir（III）催化的亞砜導(dǎo)向的不對稱碳?xì)漉０坊磻?yīng)，高效、高對映選擇性地實(shí)現(xiàn)了亞砜硫手性中心的構(gòu)建（Dual-Ligand-Enabled Ir(III)-Catalyzed Enantioselective C–H Amidation for the Synthesis of Chiral Sulfoxides, ACS Catal. 2020, 10, 7207?7215）（圖2）。該方法獲得的手性酰胺化亞砜產(chǎn)物經(jīng)過簡單的衍生化，可以方便快速地得到一系列雙齒和三齒配體，有望在不對稱催化領(lǐng)域獲得應(yīng)用。值得一提的是，硫立體中心化合物在新陳代謝中起著非常重要作用；同時，手性亞砜作為一類重要的官能團(tuán)，廣泛應(yīng)用于不對稱催化和藥物化學(xué)領(lǐng)域。課題組博士后劉文壇為論文的第一作者，何川為論文的唯一通訊作者，南科大為唯一通訊單位。此外，余沛源在理論計(jì)算方面也做出了重要貢獻(xiàn)。

以上研究得到了國家自然科學(xué)基金委青年項(xiàng)目、深圳市科創(chuàng)委、深圳市諾貝爾獎科學(xué)家實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、相關(guān)人才項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)以及南科大分析測試中心、科學(xué)與工程計(jì)算中心的支持。

《美國化學(xué)會志》論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c04863

《ACS催化》論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02109