摘要：碳氮轴手性广泛存在于天然产物分子、生物活性分子、手性小分子催化剂、荧光分子等功能分子中（Scheme 1a,b）。在过去的几十年里，基于过渡金属催化和有机小分子催化，人们发展了诸多碳氮轴手性的催化不对称合成方法，实现了单一手性碳氮轴的高效构建（Scheme 1
碳氮轴手性广泛存在于天然产物分子、生物活性分子、手性小分子催化剂、荧光分子等功能分子中（Scheme 1a,b）。在过去的几十年里，基于过渡金属催化和有机小分子催化，人们发展了诸多碳氮轴手性的催化不对称合成方法，实现了单一手性碳氮轴的高效构建（Scheme 1c）。然而，同时构建多个手性碳氮轴，仍然具有较大的挑战，已有的研究仅局限于在预装的多个同种官能团上重复同样的转化，以实现两个相同手性碳氮轴的构建，底物结构和骨架类型极为受限（Scheme 1d）。
过渡金属催化的不对称碳氢键活化反应为手性有机小分子的合成提供了一条更快捷高效地路径，并已经被广泛地用于轴手性化合物的不对称构筑。然而，想要同时构建两个不同类型的手性碳氮轴，仍然面临以下三个主要挑战：1）碳氮轴的构象比其联芳基对应物更灵活且更不稳定，使得对映选择性控制更加困难，往往需要更温和的反应条件；2）想要同时调节两个间隔较远且不同类型碳氮轴的对映选择性和非对映选择性，对手性配体的设计提出了更高的要求；3）不同类型的碳氮轴表现出不同的轴稳定性和反应活性，因而反应条件需要进一步平衡这两者之间的关系。
最近，史炳锋（点击查看介绍）课题组基于发展的Co(II)/Salox催化体系（Acc. Chem. Res. 2025, 58, 971）和前期通过分子内环化实现的多轴手性化合物构建等研究基础（Scheme 1e），设想该催化体系能否为远程双碳氮轴手性化合物的高效构筑提供新的机遇。通过对于反应条件的仔细筛选，该课题组成功地实现了一系列兼具5–6元环碳氮轴和6–6元环碳氮轴手心吡啶并吲哚酮化合物的高效构建（60个例子，最高达>99%产率、>99% ee和>20:1 dr），该反应兼容各种荧光分子、液晶分子、天然产物和药物分子等衍生的底物，并可以进行多样的衍生化和后期修饰，为手性功能分子的合成提供了新的合成方案（Scheme 1f）。相关论文发表于J. Am. Chem. Soc.。
Scheme 1. Catalytic Atroposelective Synthesis of Multi C–N Axially Chiral Compounds (J. Am. Chem. Soc.)
在机理研究中，他们发现这一反应表现出了正向的非线性效应（Scheme 2c），而在以往报道的Co(II)/Salox催化体系中，配体与产物的ee值都是线性正相关的。因此，他们进行了更加深入的机理实验，发现具有较低ee值的配体对反应活性具有一定的抑制作用，因此他们猜测在反应的过程中可能生成了多个Salox配位的钴中间体，而由同构型Salox配位配位的Co(Salox)n中间体可能比不同构型配位的钴中间体具有更高的反应活性。
Scheme 2. Mechanistic Studies (J. Am. Chem. Soc.)
反应得到的远程双碳氮轴手性分子也表现出了非常优异的荧光性质，量子产率最高达0.99，且具有明显的正向溶剂致变色效应（Scheme 3c和3d）。同时，这一系列产物也表现出了一定的手性光学性质，具有一定的手性发光能力（Scheme 3e–3g），是潜在的手性荧光材料。
Scheme 3. Investigations of Photophysical and Chiroptical Properties (J. Am. Chem. Soc.)
浙江大学化学系博士生钱璞凡、吴妍萱和本科生胡嘉恒为本文的共同第一作者，史炳锋教授为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本业务费、浙江省创新团队项目的资助。
Atroposelective Synthesis of Pyridoindolones Bearing Two Remote Distinct C–N Axes through Cobalt-Catalyzed Enantioselective C–H Activation
Pu-Fan Qian, Yan-Xuan Wu, Jia-Heng Hu, Jia-Hao Chen, Tao Zhou, Qi-Jun Yao, Zi-Hang Zhang, Bing-Jie Wang, Bing-Feng Shi*
J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 10791-10802, DOI: 10.1021/jacs.5c02428
作者简介
史炳锋，浙江大学求是特聘教授，博士生导师，国家杰出青年基金和国家优秀青年基金获得者，教育部青年长江学者。主要从事惰性碳氢键的精准催化转化、不对称催化及天然产物和药物活性分子的合成研究。以通讯作者在Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res., Chem., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc.等发表科研论文190余篇，受邀撰写英文书12章节。曾获中国化学会青年手性化学奖、浙江大学沈善洪杰出青年学者奖、药明康德生命化学研究奖，日本化学会Distinguished Lectureship Award, Thieme Chemistry Journal Award，Gordon Research Conference主席奖，罗氏化学创新奖和明治乳业生命科学奖等奖励，现任美国化学会The Journal of Organic Chemistry副主编和多个期刊编委。主要从事惰性碳氢键的精准催化转化、不对称催化及天然产物和药物活性分子的合成研究。
课题组介绍
史炳锋课题组主页：
来源：X一MOL资讯