近日，理学院曹一明副教授课题组在有机小分子催化合成手性氨基醇化合物的研究中取得新进展，在英国皇家化学学会期刊《化学科学》（Chemical Science）(2023, DOI:10.1039/D3SC03899H) 上在线发表研究论文《手性磷酸催化氮杂环丙烷平行动力学水解拆分反应》（Parallel Kinetic Resolution of Aziridines via Chiral Phosphoric Acid-Catalyzed Apparent Hydrolytic Ring-Opening）。该研究工作通过分子内酰氧基协助的手性磷酸催化区域发散性平行动力学拆分策略，实现了水分子对氮杂环丙烷的高效受控不对称亲核开环反应，这一突破为手性邻氨基醇化合物的合成开辟了一条新的途径（图1）。

图1：手性磷酸催化区域发散性平行动力学拆分

手性邻氨基醇是一类重要的有机小分子，既可用于构建手性辅基和配体，亦是诸多天然产物和生物活性分子的关键结构单元。因此，关于该类型化合物的对映选择性合成一直备受关注，发展简便、高效、精准的合成方法具有重要的意义（图2-a）。氮杂环丙烷的不对称催化水解开环是获取手性邻氨基醇分子的优选途径。然而，水分子自身的弱反应性能以及其难以被活化和控制的特性限制了这一方向的发展，在有机小分子催化领域尤甚（图2-b）。化学催化的动力学拆分是不对称催化合成中的重要研究领域。相较于传统动力学拆分，单一催化剂参与的平行动力学拆分具有显著和特殊的优势。然而，该拆分模式要求催化剂在精确识别两种对映体的同时引导控制二者平行参与反应，这一难点较大地限制了该方法的发展。手性磷酸作为有机小分子催化剂，因其广谱高效的特点，近年来被广泛用于不对称催化合成方法学的研究。但是，该类型催化剂在平行动力学拆分领域却罕见相关工作的报道。

图2：研究背景与反应设计

该工作通过合理设计，借助外消旋氮杂环丙烷分子内的酰氧基对水分子进行有效活化与控制，促使重要中间体“外消旋环半原酸酯”的生成；随后，在手性磷酸的控制下，外消旋环半原酸酯被区域发散性地拆分转化为两个高对映体纯的结构异构体（图2-c）。基于该合成方法，课题组以高产率、高立体选择性构建了一系列芳香或脂肪基取代的手性氨基醇化合物。此外，论文还进行了反应机理以及产物衍生转化等方面的研究(图3)。

图3：推测的反应机理

本工作亮点主要有以下两个方面：1）氮杂环丙烷的催化不对称水解开环是构建手性氨基醇化合物的有效途径，但相关方法报道较少，本工作采用酰氧基协助策略，实现了水分子作为亲核试剂的高对映选择性氮杂环丙烷水解开环反应；2）有机小分子催化平行动力学拆分反应的发展较为有限，本工作发展了手性磷酸作为有机小分子催化剂参与的外消旋氮杂环丙烷平行动力学拆分反应。以此为基础的进一步方法学拓展，可为相关新型农药、医药活性分子的创制提供高效、精准、多样的分子构建平台。

理学院硕士研究生刘娟为该论文第一作者，理学院曹一明副教授为本文通讯作者。该工作得到了“国家重点研发计划”以及“2115人才培育发展支持计划”等项目的资助。

曹一明，2008 年本科毕业于兰州大学，2013 年于该校获得理学博士学位。2014-2018年在柏林自由大学从事博士后研究工作。2019年入职理学院。主要从事有机合成方法学以及新农药创制等方向的研究工作。近年来以第一作者或通讯作者在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）、《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）、《化学科学》（Chem. Sci.）等国际知名期刊上发表多篇研究成果。