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余金权,再发Nature,第23篇Nature/Science正刊

时间:2024-04-02 来源: 浏览:

余金权,再发Nature,第23篇Nature/Science正刊

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已知细胞色素P450酶通过自由基中间体催化脂肪酸的双模式氧化,该中间体在羟基化和去饱和途径之间划分。 开发类似的催化系统用于远程C-H功能化仍然是一个重大的挑战。

2024年3月28日, 斯克利普斯研究所余金权团队Nature  在线发表题为“ Copper-catalyzed dehydrogenation or lactonization of C(sp 3 )−H bonds ”的研究论文,该研究 开发了一种铜催化的双模合成常见N-甲氧基酰胺的脱氢/内酯化反应。 通过改变反应条件,也证明了从脱氢转向内酯化的可行性。

使用易于获得的酰胺作为自由基前体和内部氧化剂,允许以甲醇作为唯一副产物的氧化还原中性C-H功能化反应的发展。这些C−H功能化反应使用负载低至0.5 mol%的Cu(I)催化剂,已应用于多种脂肪酸的多样化,包括药物分子和天然产物。 该催化体系具有广泛的氧化敏感功能,具有独特的兼容性,证明了使用简单的酰胺底物作为温和的内部氧化剂的独特优势。

另外,据了解余金权已发表300多篇文章,其中12篇 Nature ,11篇 Science ,并获得了2016年麦克阿瑟天才奖,被称为“C-H键活化领域第一人”。

烯烃和碳氧键在有机合成中普遍存在,具有重要意义。 构建这种基团的特别有吸引力的策略是直接氧化惰性的C−H键。以牺牲C−H键为代价生成C−O键,增加了复杂性,并使从简单的碳氢化合物片段直接合成感兴趣的目标成为可能。从下游多样化的角度来看,通过C−H脱氢实现脂肪链的去饱和甚至可以比直接将C−H转化为C−O键更通用。自然界已经进化出各种各样的酶,可以非常精确地催化碳氢化合物骨架的直接氧化。 在某些情况下,人们发现一种酶可以同时催化不同类型的反应。
1987年,Baillie和同事的一项里程碑式的发现表明,一种通常被认为是羟化酶的肝细胞色素P450也可以作为去饱和酶。 据信,一种常见的碳中心自由基中间体是造成这种混合羟化酶/去饱和酶活性的原因。受到这种非凡的酶化学的启发,研究人员设想了通过自由基提取与金属催化剂进行远程双模式C−H脱氢/氧化反应的可能性。 该反应可用于碳氢化合物框架的直接氧化态提升,并将为天然产物和药物分子的后期修饰和多样化提供有价值的工具。
双模式氧化通过一个共同的自由基中间体(图源自 Nature
虽然从Breslow和Groveset等人的开创性工作开始,已经报道了基于氢原子提取策略的仿生脱氢和氧化反应,但双模式脱饱和/氧化反应仍然是一个巨大的挑战。 少数早期的例子遭受了有限的范围(仅为苯C−H)和/或过度氧化。此外,这些方法需要外源性化学计量氧化剂,其中大多数产生混合脱氢/羟基化产物,不能调整为产生单一的主要产物。 因此,开发一种可控的双模式脱氢/氧化反应是非常必要的。
该研究开发了一种铜催化的双模合成常见N-甲氧基酰胺的脱氢/内酯化反应。 通过改变反应条件,也证明了从脱氢转向内酯化的可行性。使用易于获得的酰胺作为自由基前体和内部氧化剂,允许以甲醇作为唯一副产物的氧化还原中性C-H功能化反应的发展。这些C−H功能化反应使用负载低至0.5 mol%的Cu(I)催化剂,已应用于多种脂肪酸的多样化,包括药物分子和天然产物。 该催化体系具有广泛的氧化敏感功能,具有独特的兼容性,证明了使用简单的酰胺底物作为温和的内部氧化剂的独特优势。

余金权在 Nature Science  发表的文章列表(共计23篇,全部为通讯作者):

1. Copper-catalyzed dehydrogenation or lactonization of C(sp3)-H bonds, 2024, Nature

2. Hydrogen-bond-acceptor ligands enable distal C(sp3)-H arylation of free alcohols, 2023, Nature

3.Transannular C-H functionalization of cycloalkane carboxylic acids,2023, Nature

4.Regio-controllable [2+2] benzannulation with two adjacent C(sp3)-H bonds.2023, Science

5.Molecular editing of aza-arene C-H bonds by distance, geometry and chirality,2022, Nature

6.Catalyst-controlled site-selective methylene C-H lactonization of dicarboxylic acids.2022, Science

7.A tautomeric ligand enables directed C‒H hydroxylation with molecular oxygen.2021, Science

8.Ligand-controlled divergent dehydrogenative reactions of carboxylic acids via C-H activation.2021, Science

9.Lactonization as a general route to β-C(sp3)-H functionalization.2019, Nature

10.Enantioselective remote meta-C-H arylation and alkylation via a chiral transient mediator.2018, Nature

11.Enantioselective C(sp3)‒H bond activation by chiral transition metal catalysts.2018, Science

12.Ligand-accelerated non-directed C-H functionalization of arenes.2017, Nature

13.Remote site-selective C-H activation directed by a catalytic bifunctional template.2017, Nature

14.Formation of α-chiral centers by asymmetric β-C(sp3)-H arylation, alkenylation, and alkynylation.2017, Science

15.Ligand-accelerated enantioselective methylene C(sp3)-H bond activation.2016, Science

16.Organic chemistry. Functionalization of C(sp3)-H bonds using a transient directing group.2016, Science

17.Ligand-enabled meta-C-H activation using a transient mediator.2015, Nature

18.Overcoming the limitations of directed C-H functionalizations of heterocycles.2014, Nature

19.Room-temperature enantioselective C-H iodination via kinetic resolution.2014, Science

20.Ligand-controlled C(sp³)-H arylation and olefination in synthesis of unnatural chiral α-amino acids.2014, Science

21.Conformation-induced remote meta-C-H activation of amines.2014,Nature;

22.Activation of remote meta-C-H bonds assisted by an end-on template.2012, Nature

23.Ligand-enabled reactivity and selectivity in a synthetically versatile aryl C-H olefination.2010, Science

参考消息:

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07341-z

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