西湖大学团队创有机小分子催化新纪录：转化数超百万次

西湖大学团队创有机小分子催化新纪录：转化数超百万次

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科学网

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https://news.sciencenet.cn/htmlpaper/2024/7/2024718155458641109662.shtm

近日，西湖大学邓力实验室在《美国化学会志》发表了题为《ppm级不对称弱键有机催化合成α-氨基膦酸酯》的封面文章。研究团队开发了一种新型手性季铵盐有机小分子催化剂，成功实现了高效不对称催化反应，创造了有机小分子催化的最新纪录。

《美国化学会志》封面。课题组供图

催化效率低是制约有机催化领域发展的重要瓶颈。如何模仿生物酶的催化机制，开发新一代有机小分子催化剂，实现与酶相当的催化效率，同时保持底物范围优势，是该领域面临的重大挑战。

邓力团队开发的手性季铵盐有机小分子催化剂，成功建立了α-氨基膦酸衍生物不对称合成的高效方法。在0.8-50 ppm（百万分之一）的催化剂载量下，可以合成各种α-烷基手性氨基膦酸酯，催化剂的转换数高达20000以上，展现出媲美生物酶的催化效率。当以α-甲基亚胺膦酸酯为底物时，转化数更是突破百万，创造了不对称有机催化的最新纪录。

研究团队通过模拟酶的催化机制，创新性地采用了弱键催化策略。这种有机小分子弱键催化机制与传统的金属催化机制不同，却与基于弱键的酶催化机制有异曲同工之妙。邓力团队将这种新型催化剂命名为"小分子酶"。

该项研究实现了ppm级手性季铵盐催化的α-亚胺膦酸酯高效不对称异构化反应。金鸡纳碱衍生的仿生催化剂在多种α-脂肪族-亚胺膦酸酯异构化中展现了与酶相当的催化效率，其中TON（转化数）最高超过百万。理论计算和机理实验研究揭示了这种小分子催化剂实现媲美酶效率的机制，并发现其遵循了酶催化的基本原理。就催化效率、机理和底物兼容性而言，这种季铵盐催化剂可视为小分子"异构化酶"。

这项研究成果不仅展示了中国科学家在国际前沿领域的创新实力，也为有机催化领域的发展提供了新的思路和方向。