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多样性催化体系对合成化学领域的推动作用不可估量
随着有机合成领域的快速发展,单一催化模式已无法满足化学工作者对未知合成领域探索的需求。南京大学谢劲研究员主持的课题组广泛开展了目标分子导向的多样性催化合成化学研究,突破了底物选择性和键能等因素的限制,发现了诸多温和、高效、高选择性和高通用性的新合成方法。目前,课题组已经成功开发了双核金属催化体系(A-A体系)和双元协同催化体系(A-B或A-B-C催化组合体系)等多种高效催化体系。下面是谢劲研究员对课题组研究工作的解读。

 
研究方向一:双核金属催化
在过去几十年中,Pd、Pt、Rh等过渡金属催化的新型成键反应取得了举世瞩目的成就。高储量、无毒且具有较好生物兼容性的Mn和Au催化的多样性合成化学,对解决化工生产、药物研发中存在的有毒重金属残留问题极具潜力。但就Mn和Au而言,两者催化模式较单一,无法满足日益增长的基础理论研究与合成需求。发展双核Mn和双核Au金属催化模式,实现单核金属无法实现的催化转化,成为我们课题组主要关心的课题之一。
例如,由于非螯合的多羰基芳基Mn化合物活性非常高,容易发生分子内的配体迁移重排反应,而高价Mn催化剂往往又容易与芳基硼酸发生单电子氧化形成相应的芳基自由基。鉴于此,我们课题组通过桥连双核Mn催化产生更高活性的空配位芳基锰物种,直接参与1,3-共轭双炔快速配位,进而完成区域、立体和化学选择性氢芳化反应。该项成果已被国际著名化学期刊Angew Chem Int Ed报道,并被X-MOL和Synlett进行亮点介绍。
    最近,我们课题组又成功实现了双核金催化的两种芳基金属试剂的交叉偶联反应。该反应比传统Pd催化的Suzuki偶联反应具有更好的底物普适性和官能团兼容性,并可应用于多类小分子药物分子的构建。此外,研究中还意外发现了均相金催化领域中的“显著银效应”,并通过理论与实验相结合的方法,首次证实了金与银协同共催化的双芳基偶联反应。部分成果已发表于国际著名化学期刊J Am Chem Soc。
 
研究方向二:可见光与杂原子自由基协同化学
太阳能是世界上最经济、最清洁的能源之一。在自然界,绿色植物通过叶绿素利用太阳光进行光合作用,将水和二氧化碳转化为糖和氧气,实现了生命起源中最重要的光合成反应。经过数十年发展,可见光氧化还原催化已经成为有机化学家们探索、发展新型有机合成反应的重要工具。但是目前可见光氧化还原催化的反应机制主要是通过激发态的光催化剂与底物之间发生外层单电子转移实现的,对光催化剂和底物自身的氧化还原能力有很强的依赖性。

我们课题组针对可见光氧化还原催化领域中严重依赖光催化剂与底物自身氧化还原电势的局限性,以多样性催化思想为基础,系统研究了可见光与杂原子自由基协同新化学,提出多类新的活化模式和新的反应机理,并衍生出新的绿色有机合成转化。目前,已成功通过可见光与硫自由基协同实现了亚胺极性反转硼氢化(Angew Chem Int Ed,2018,57:3990)和具有立体位阻叔醚的精准C—O键三氟甲硫基化(Angew Chem Int Ed,2018,57:10357);通过可见光与膦自由基协同突破了羧酸底物氧化还原电势限制,发展了羧酸活化新模式,已成功实现羧酸脱氧C—C偶联(Nature Commun,2018,9:3517)和羧酸向醛和氘代醛的定向转化(Angew Chem Int Ed,2019,58:312)。该领域的多项成果先后被Nature Catalysis、Synfacts、Chin J Org Chem、X-MOL等进行亮点介绍。值得一提的是,羧酸向醛定向转化工作被Nature Catalysis主编Enda Bergin高度评价为“Perhaps the most promising direct routes from carboxylic acids to aldehydes ”。
 
作者简介:
        谢劲(1985-),男,南京大学特聘研究员、博士生导师、化学化工学院和现代配位化学国家重点实验室课题组长、《合成化学》青年编委。先后入选中组部青年千人计划、南京大学登峰人才计划和江苏省六大高峰人才计划。2018年获英国RSC出版社Outstanding Reviewer for ChemComm, 2019年获德国Thieme Chemistry Journals Award。受邀担任ACS National Awards Selection Committee评审委员、《Heteroatom Chemistry》编委以及J Am Chem Soc, Angew Chem Int Ed等20余种SCI期刊评审人。
        谢劲老师主持的课题组一直致力于发展绿色有机合成新方法,主要研究方向为光催化的有机合成转化与过渡金属催化的新型合成方法学与机理研究。至今已在著名SCI期刊上发表论文50余篇,其中以第一作者和通讯作者署名在化学顶级期刊Acc Chem Res, Chem Soc Rev, Nature Commun, Angew Chem Int Ed, J Am Chem Soc发表论文18篇,SCI引用2700余次,单篇被引大于100次的高被引论文12篇,ESI高被引论文12篇,H因子27;2016年以第一作者署名在Springer出版英文专著一部;授权国际专利一项、中国专利2项,申请中国专利5项。

 
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