烷基胺是一類廣泛存在于藥物、農(nóng)藥和聚合物的化合物。理想狀態(tài)下，化學(xué)家們希望從廣泛可用的原料中制備烷基胺，如烯烴。但按照現(xiàn)有方法很難以內(nèi)烯烴為原料制備出復(fù)雜胺化合物，尤其是具有高光學(xué)純度的手性胺化合物。以加州大學(xué)伯克利分校約翰·哈特維格教授為首的研究團(tuán)隊(duì)日前宣稱已經(jīng)找到了解決該問題的辦法。研究成果發(fā)表在近期出版的《自然》雜志上。

哈特維格團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種帶正電荷的依催化劑，該催化劑可以把簡單胺化合物的氮-氫鍵直接加成到內(nèi)烯烴上，并且生成具有高對映選擇性和區(qū)域選擇性的手性烷基胺。研究人員過去曾經(jīng)試圖合成類似的化合物，但未能得到理想的手性產(chǎn)物。哈特維格團(tuán)隊(duì)成功的關(guān)鍵是選擇雙齒氨基吡啶衍生物作為配體和反應(yīng)物，這有助于促進(jìn)催化劑的活性，同時(shí)防止不必要的副反應(yīng)。

在反應(yīng)過程中，最開始兩個(gè)氨基吡啶分子與依金屬中心結(jié)合，然后其中一個(gè)氨基吡啶分子被內(nèi)烯烴原料取代，而另一個(gè)留在催化劑上，并拆入到烯烴的碳碳雙鍵中。研究人員認(rèn)為，雙齒氨基吡啶衍生物使得催化劑鎖定了幾何結(jié)構(gòu)，烯烴只能從催化劑分子的一側(cè)添加，有助于阻止不必要的副反應(yīng)，從而導(dǎo)致手性烷基胺的對映選擇性在某種情況下接近100%。然后可以除去吡啶部分，得到最終的手性胺。

哈特維格教授認(rèn)為，陽離子依催化劑還加快了烯烴的插入和還原消除步驟，導(dǎo)致了提高烷基胺的合成效率，并且導(dǎo)致了氮-氫鍵加成的速率比異構(gòu)化更快，從而抑制副產(chǎn)物的生成。

論文第一作者席雨濛博士指出：“手性烷基胺是一類很重要且常見于藥物之中的化合物。但從內(nèi)烯烴一步合成手性烷基胺是有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的一大難點(diǎn)。我們通過設(shè)計(jì)新的金屬催化劑和胺試劑，第一次實(shí)現(xiàn)了用內(nèi)烯烴作為原料直接合成高對映選擇性和區(qū)域性的手性烷基胺。這一設(shè)計(jì)理念可以廣泛應(yīng)用于其他高選擇性烯烴的加成反應(yīng)之中?！?/span>

加州大學(xué)歐文分校有機(jī)化學(xué)家董薇認(rèn)為，這種方法很有前途，因?yàn)樗粌H能夠調(diào)控催化劑的活性，還能作為氨的簡單替代物，突出了通過設(shè)計(jì)新試劑和理解反應(yīng)機(jī)理來實(shí)現(xiàn)不可能的反應(yīng)能力。