发展新型的手性催化剂一直是不对称催化领域研究的前沿和难点。它是解决不对称催化反应中效率问题和选择性问题的关键，甚至可能带来新的催化模型。传统上，手性金属催化剂的设计和优化主要着眼于单种手性配体的结构修饰。但是实际研究中，很多手性配体的修饰合成需要耗费大量的时间和精力，已成为催化剂创新研究中的一大阻碍。近日，德国明斯特大学的Frank Glorius（点击查看介绍）团队另辟蹊径，报道了通过配体合作策略设计手性催化剂的方法，并在不对称氢化反应中进行了应用和机理研究。

受到Noyori 经典的Ru(II)-bisphosphine-diamine催化剂以及其他相关课题组工作的启发，作者提出利用配体合作策略，强调通过简单混合两种易合成（商业可得）的手性配体来协同优化手性环境，既可以增加一个手性调控位点，也尽可能避免单一配体结构修饰带来的合成难题，从而有望加速手性催化剂的制备和优化进程。

基于此想法以及前期的工作基础（J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 2585），作者将易得的手性NHC配体和手性双胺配体组合在一起，成功制备了双氯Ru(II)-NHC-diamine配合物C1、C2以及单氯Ru(II)-NHC-diamine 配合物C3。这些配合物对水和空气有较好的稳定性。配合物中的两种手性配体具有明显的构型匹配效应，只有构型匹配的(R,R)-SINpEt和(R,R)-DPEN才可以制备出这一组合体系，如果换成(R,R)-SINpEt和 (S,S)-DPEN组合得不到相应的配合物。另外，配合物C3中的(R,R)-DPEN配体和金属Ru意外发生了环金属化作用，形成了不寻常的三齿配位，而且这一特殊的Ru—C键比较稳定，即使在HCl的作用下也能保持不分解。

随后，作者将这些组合催化剂应用于不对称氢化反应中，以异香豆素为标准底物，在碱NaOt-Bu的活化下，单氯配合物 C3可以给出好的催化活性和对映选择性，而双氯配合物C1和C2没有催化活性。这类单氯Ru(II)-NHC-diamine催化剂展示出了较好的底物广谱性，除了异香豆素底物，还成功催化了氧化苯并噻吩以及酮的不对称氢化反应。

最后，作者对单氯Ru-NHC-diamine C3催化的氧化苯并噻吩不对称氢化反应进行了详细的机理研究。通过原位的当量核磁实验，跟踪检测了各步反应的中间体，同时和Johannes Neugebauer课题组合作进行了理论计算提出了合理的过渡态和手性诱导模型。

这一成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.上，文章的第一作者兼共同通讯作者是李伟博士（现为浙江大学化学系研究员）。

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Design of Ru(II)-NHC-Diamine Precatalysts Directed by Ligand Cooperation: Applications and Mechanistic Investigations for Asymmetric Hydrogenation

Wei Li, Tobias Wagener, Lars Hellmann, Constantin G. Daniliuc, Christian Mück-Lichtenfeld, Johannes Neugebauer, Frank Glorius

J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 7100-7107, DOI: 10.1021/jacs.0c00985

导师介绍

Frank Glorius

https://www.x-mol.com/university/faculty/46677

李伟课题组主页

https://person.zju.edu.cn/0019013