美找到合成烷基胺新方法
科技日報實習記者 張佳欣
烷基胺是一類廣泛存在于藥物、農藥和聚合物的化合物。理想狀態下，化學家們希望從廣泛可用的原料中制備烷基胺，如烯烴。但按照現有方法很難以內烯烴為原料制備出復雜胺化合物，尤其是具有高光學純度的手性胺化合物。以加州大學伯克利分校約翰·哈特維格教授為首的研究團隊日前宣稱已經找到了解決該問題的辦法。研究成果發表在近期出版的《自然》雜志上。
哈特維格團隊開發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-氫鍵直接加成到內烯烴上，并且生成具有高對映選擇性和區域選擇性的手性烷基胺。研究人員過去曾經試圖合成類似的化合物，但未能得到理想的手性產物。哈特維格團隊成功的關鍵是選擇雙齒氨基吡啶衍生物作為配體和反應物，這有助于促進催化劑的活性，同時防止不必要的副反應。
在反應過程中，最開始兩個氨基吡啶分子與依金屬中心結合，然后其中一個氨基吡啶分子被內烯烴原料取代，而另一個留在催化劑上，并拆入到烯烴的碳碳雙鍵中。研究人員認為，雙齒氨基吡啶衍生物使得催化劑鎖定了幾何結構，烯烴只能從催化劑分子的一側添加，有助于阻止不必要的副反應，從而導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，導致了提高烷基胺的合成效率，并且導致了氮-氫鍵加成的速率比異構化更快，從而抑制副產物的生成。
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。但從內烯烴一步合成手性烷基胺是有機化學領域的一大難點。我們通過設計新的金屬催化劑和胺試劑，第一次實現了用內烯烴作為原料直接合成高對映選擇性和區域性的手性烷基胺。這一設計理念可以廣泛應用于其他高選擇性烯烴的加成反應之中。”
加州大學歐文分校有機化學家董薇認為，這種方法很有前途，因為它不僅能夠調控催化劑的活性，還能作為氨的簡單替代物，突出了通過設計新試劑和理解反應機理來實現不可能的反應能力。
