图 对映选择性卡宾插入氨N−H键
在国家自然科学基金项目（批准号：21790332、91956000）等的资助下，南开大学元素有机国家重点实验室周其林院士团队在氨气不对称转化领域取得进展。相关成果以“从氨气对映选择性合成氨基酸(Enantioselective synthesis of amino acids from ammonia)”为题，于近期发表在《自然 催化》(Nature Catalysis)上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-022-00779-2。
氨对化肥工业至关重要，是化学合成中的理想氮源。然而，氨转化的立体化学难以控制，氨气很少在对映选择性合成中使用。由于氨强的路易斯碱性，能与金属催化剂形成没有催化活性的稳定络合物，或者取代手性配体生成非手性催化剂。因此，当反应中存在氨，通常会导致反应不发生或者对映选择性消失。此外，由于生成的伯胺比氨的亲核性和碱性更强，氨的单烷基化很难实现。鉴于此，从氨合成手性伯胺是一个尚待解决的难题。
周其林院士团队自2007年报道苯胺不对称N−H键插入反应以来，一直坚持攻关氨的不对称N−H键插入反应。团队最新研究发现，三(吡唑基)硼酸配体(Tp)赋予了铜催化剂抵抗氨配位的能力，确保了活性金属卡宾的产生和对N−H键的插入；同时采用手性氢键供体催化剂（HBD）有效地控制了叶立德中间体质子转移步骤的对映选择性。机理研究表明，手性氢键供体催化剂的pKa在控制叶立德中间体的质子转移步骤对映选择性过程中起着关键作用。
通过该反应可以合成多种天然和非天然氨基酸及其衍生物，还可合成抗癌药物melphalan (图)。该研究为合成手性伯胺提供了有力的工具，同时也为手性催化剂设计提供了新策略。