研究人員發展底物誘導組裝大環超分子催化新策略

　　在酶催化過程中，當底物和酶相互接近時，能誘導酶的結構發生變化，使之與底物互相適應，進而促進相互結合。這種誘導-契合現象被認為是酶催化的重要特征之一，是酶催化具有高效率和高選擇性的重要原因。與之相比，在人工催化體系中，對底物誘導-契合動態催化過程的研究較為少見。對上述過程的研究，可加深人們對催化過程及其本質的認識，為設計開發高效的人工催化體系提供重要思路。

　　最近，在國家自然科學基金委和中國科學院的支持下，中科院化學研究所分子識別與功能重點實驗室研究員王其強團隊，受酶催化誘導-契合機制啟發，發展了底物誘導組裝的仿酶協同不對稱催化策略，實現了高效高選擇性的脫羧曼尼希反應。他們設計合成了一系列四氨基雙硫脲多功能手性大環，發現這些大環分子具有相對柔順的構象，在硫酸根離子的誘導下能二聚組裝。通過二聚組裝，大環分子中的硫脲識別位點交互協同，同時形成一個手性開放口袋，多個叔胺位點位于口袋邊緣。受此啟發，他們將大環應用于催化環狀醛亞胺與苯基β-酮酸的脫羧曼尼希反應，設想經過亞胺底物原位誘導大環催化劑的二聚組裝，觸發形成高度互補的多重氫鍵活化網絡，進而活化亞胺底物自身，實現高效高選擇性催化。他們發現，對于一系列的亞胺和酮酸底物，僅需5mol%的大環催化劑上載量，反應即可獲得幾乎定量的轉化和高達95%ee值。一系列的鍵合研究、原位質譜監測、動力學實驗、非線性效應、控制實驗以及理論計算結果，為上述底物誘導組裝的催化機制提供了有力支持。該策略為發展高效的協同不對稱催化提供了新思路。

　　相關研究工作發表在近期的《德國應用化學》雜志上（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2623-2627），第一作者是博士生郭豪。