四川大学冯小明院士团队近年来重要工作概览

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冯小明,中国科学院院士,四川大学化学学院教授,现任Chemistry–An Asian Journal、《有机化学》、《无机化学学报》编委,Advanced Synthesis & Catalysis、Current Organic Synthesis、Asian Journal of Organic Chemistry、Synthesis、Synlett、Chinese Chemical Letters、《应用化学》和《结构化学》顾问编委。迄今,在包括Nat. Commun., Chem., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Acc. Chem. Res., Chem. Rev. 等期刊上发表SCI检索论文400余篇,授权中国发明专利6项,美国发明专利1项,应邀撰写国内外学术著作18个章节。部分研究成果入选“2011年中国高等学校十大科技进展”、中科院2012《科学发展报告》和《国家自然科学基金资助项目优秀成果选编》;曾获得国家自然科学奖二等奖1项、教育部自然科学奖一等奖2项,获未来科学大奖物质科学奖,何梁何利基金科学与技术进步奖,全国创新争先奖章、陈嘉庚科学奖——化学奖,全国杰出教学奖和四川省科学技术杰出贡献奖等。


团队成员刘小华教授,现任Organic & Biomolecular Chemistry副主编,Chinese Chemical Letter、《化学学报》和《有机化学》编委委员,《高等学校化学学报》青年执行编委,中国化学会青年工作委员会委员、中国化学会手性化学专业委员会和中国化学会物理有机化学专业委员会委员。曾获教育部新世纪优秀人才计划、国家自然科学基金委优秀青年基金、霍英东青年教师基金、第二届中组部青年拔尖人才、国家杰出青年科学基金资助;入选国家百千万人才工程和有突出贡献中青年专家;获第六届中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖、第十五届中国青年女科学家奖、四川省青年科技奖、全国三八红旗手称号。


团队成员林丽丽教授,入选四川省学术技术带头人后备人选,曾获四川大学好未来优秀学者奖一等奖。


团队成员董顺喜特聘研究员,曾获德国洪堡学者博士后奖学金、四川大学青年科技学术带头人培育项目资助;入选四川省引进海内外高层次人才计划、四川大学“双百人才工程”B计划;曾获四川大学学术新人奖、Thieme Chemistry Journals Award。


团队成员曹伟地特聘副研究员,曾获第十四届华人有机化学家和第十一届华人无机化学家会议最佳墙报奖。


团队成员周宇乔博士,主要负责晶体结构解释及仪器维护。


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冯小明院士科研团队及特色手性催化剂


冯小明院士团队主要从事不对称合成方法学及手性医药、农药和具有生理活性化合物的合成研究。集中发展新型优势手性催化剂、新反应和新策略,目前已设计合成多种具有原创性和特色的新型手性配体和催化剂,其中手性双氮氧化合物被称为“冯氏配体”面向全世界销售;第一例不对称催化α-取代重氮酯与醛的反应,被Elsevier出版社的人名反应专著冠名为Roskamp-Feng反应。近年来取得如下代表性成果:

 

1. 手性双氮氧/金属配合物催化的新发展


(1)双金属接力催化


双金属接力催化可以实现一些单一催化剂不能实现的反应。冯小明院士研究团队利用特色的手性双氮氧与亲氧性金属离子配位,而与过渡金属离子难配位的特点,解决双金属组合催化中金属之间交叉影响而造成的相互使对方失活或降低反应速率等问题;首次将π-acid金和Lewis acid镍-手性双氮氧配合物联合,接力催化实现炔醇/胺与ß,ɣ-不饱和ɑ-酮酸酯的高效高选择性环化/反电子需求杂-Diels-Alder串联反应(Angew. Chem. Int. Ed., 201655, 6075),证明了手性双氮氧-Lewis acid金属配合物与π-acid金属组合催化的可行性。

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双金属接力催化不对称反应


在该工作之后,他们陆续实现了Au/Ni接力催化烯丙醇与炔酮/酯的烷氧化/Claisen重排串联反应(Angew. Chem. Int. Ed., 201756, 885)、Rh/In接力催化插入/Claisen重排(Angew. Chem. Int. Ed., 201857, 16554)、Fe/Sc接力催化吡啶叶立德的环化反应(Angew. Chem. Int. Ed., 201857, 12323)、Au/Mg接力催化ß-炔基酮与ß,ɣ-不饱和酮酸酯的环异构化/[4+2]环加成反应(Angew. Chem. Int. Ed., 201958, 4017)、Rh (Au、Ru)/Sc (Ni)接力催化1,6-烯炔的多样性环异构化/Diels-Alder反应(Angew. Chem. Int. Ed., 201958, 5327)、Rh/Zn接力催化重氮酰胺与ß,ɣ-不饱和酮酸酯的[4+3]环加成反应(Angew. Chem. Int. Ed., 201958, 18438)、Rh/In接力催化三唑与苄醇的插入/重排反应(Angew. Chem. Int. Ed.202059, 8052)。


(2)自由基的不对称反应


自由基的反应活性高,但副反应多,背景反应强,实现高对映选择性不对称催化反应具有很大的挑战。该研究团队利用手性双氮氧/金属配合物催化剂和Ag2O,通过单电子氧化实现羰基α位的极性反转,生成亲电型的羰基α-碳自由基,高收率、高对映选择性地实现了烯烃和茚酮甲酰胺的不对称自由基-偶极交叉反应(Angew. Chem. Int. Ed., 202059, 4846),该策略可以极大地拓展羰基化学在有机合成中的应用。

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不对称自由基-偶极交叉反应


该研究团队还提出了一种新的自由基形成和手性控制的实用和简单的方法:高价碘叶立德分解产生的游离卡宾,诱导弱C-H键的裂解形成自由基对。这种高选择性自由基-自由基交叉偶联的策略成功地应用于手性双氮氧/金属配合物促进的ß-酮酰胺的不对称α-烷基化(Chem. Commun.201854, 12254)和吲哚酮的不对称环丙烷化反应(Chem. Sci., 20167, 2717)。


(3)光参与的不对称反应


光是一种非常特殊的生态学上清洁的“试剂”。该团队利用其特色手性双氮氧/铽配合物的顺磁及重原子效应,有效地使与之配位的2-烯酰基吡啶吸收红移降低了激发能量从而更易达到激发态,在无需光催化剂的条件下高效地手性控制可见光参与2-烯酰基吡啶与各类烯烃的不对称[2+2]环加成反应(Chem. Eur. J.201824, 13428)。

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光参与的不对反应


该研究团队在利用手性双氮氧/钪配合物催化吡啶叶立德与烯烃发生[3+2]环加成反应时,将生成的手性中氮茚产物作为一种光敏试剂,在光照下发生aza-Norrish II型断键重排,得到吡啶-羰基双官能团化的产物(J. Am. Chem. Soc., 2020142, 15975)。


2. 手性胍催化的新进展


该研究团队在手性胍与铜(I)盐联合催化不对称反应取得进展。针对四取代手性联烯构建困难的问题,他们发展了手性胍盐/铜/钇新型组合催化体系,利用亲电试剂靛红,在联烯基-Cu(I)中间体质子转移之前捕获联烯基-Cu(I)中间体,实现了靛红、α-重氮酯和端炔的三组分不对称串联反应,一步合成了含中心手性和轴手性的四取代手性联烯(Chem20184, 1658)。

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他们还利用手性胍/铜(I)盐实现了靛红衍生物的不对称炔基化反应(Angew. Chem. Int. Ed., 201655, 5286)以及端炔、叠氮和靛红亚胺的不对称叠氮-炔环化/[2+2]串联反应(Angew. Chem. Int. Ed., 201857, 16852)。


3. 双哌啶骨架手性胺催化新进展


研究团队另一特色的双哌啶骨架手性胺类催化剂,以烯胺活化模式高效催化酮类化合物与滇红亚胺的不对称Mannich反应(Org. Lett.202022, 8708)。

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4. 药物和生物活性分子


该研究团队近年来为近20个药物分子、候选药物、天然产物及其中间体的高效高选择性合成提供了具有自主知识产权的核心技术,包括药物觉醒促进剂莫达非尼(Chem. Commun., 202056, 3233)、普瑞巴林、帕罗西汀、非罗西汀(J. Org. Chem., 201580, 5704)、巴氯芬(Org. Lett., 202022, 5217)、抗疟疾的候选药物NITD609的(Angew. Chem. Int. Ed., 201554, 10958)、高效的抗HIV活性天然产物hyperolactones B、C(Nat. Commun., 20189, 1968)、抗癌细胞增生剂(Angew. Chem. Int. Ed.201352, 10245)等。

四川大学冯小明院士团队近年来重要工作概览  第7张


药物和生物活性分子



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