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該論文發(fā)展了一種醌二亞胺與吲哚的阻轉(zhuǎn)選擇性1,6-加成新反應，制備了一系列含C-N手性軸的新穎氨基吲哚類分子。理論計算研究揭示了反應的機理，細胞毒性測試發(fā)現(xiàn)這類吲哚衍生物具有抗腫瘤活性。

手性吲哚衍生物在天然產(chǎn)物合成、藥物研發(fā)和材料科學等領(lǐng)域具有重要的用途。這類分子的現(xiàn)有合成研究主要集中在不對稱催化傅-克烷基化和芳基化反應，用于制備相應的中心手性和C-C軸手性吲哚衍生物。相比之下，受限于較低的構(gòu)型穩(wěn)定性，含C-N手性軸氨基吲哚分子的制備仍是研究難題。對此，鐘芳銳教授團隊在前期關(guān)于醌類化合物不對稱催化反應的研究基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)對苯醌二亞胺在手性質(zhì)子酸催化下能與吲哚發(fā)生1,6-共軛加成反應。該反應模式與醌類化合物的經(jīng)典1,4-加成顯著不同，醌二亞胺充當了一種高親電性的胺化試劑，而非已知的芳基化試劑。基于這一發(fā)現(xiàn)，鐘芳銳團隊通過選擇合適的手性磷酸催化劑，首次發(fā)展了阻轉(zhuǎn)選擇性的醌二亞胺1,6-加成反應，合成了一系列軸手性3-氨基吲哚類分子，催化劑用量低至千分之一，產(chǎn)物的光學純度高達98%。

圖1 不對稱催化構(gòu)建C-N軸手性氨基吲哚衍生物

廖榮臻教授團隊對該反應的機理進行了理論計算研究。結(jié)合自由基捕捉、自由基鐘、EPR譜等控制實驗，基于密度泛函理論模擬結(jié)果，提出上述1,6-共軛加成是通過離子型反應路徑進行。此外，與1,4-加成反應的過渡態(tài)和中間體能壘及其福井指數(shù)和軌道權(quán)重福井指數(shù)對比，該反應高度專一的1.6加成選擇性主要源自于醌二亞胺氮原子顯著的親電性以及過渡態(tài)和中間體較高的芳香性。

圖2 DFT理論計算解釋反應的區(qū)域選擇性

鑒于眾多吲哚衍生物往往表現(xiàn)出顯著的生物活性，研究團隊還測試了所合成的軸手性3-氨基吲哚的抗腫瘤活性。實驗結(jié)果顯示，其中三個化合物對于Hela細胞的IC50（半抑制濃度）值達到20μM左右，在相同條件下甚至優(yōu)于臨床上常用的抗癌藥物伊立替康（irinotecan）和氟尿嘧啶（5-fluorouracil），表明這類新穎的軸手性3-氨基吲哚衍生物在藥物研發(fā)中有重要的應用前景。

我校為論文的唯一完成單位，鐘芳銳教授和廖榮臻教授是論文的共同通訊作者。生物活性測試由吳鈺周教授團隊合作完成。該論文第一作者為化學與化工學院2018級碩士研究生秦京陽（目前在CSC獎學金資助下于德國亞琛工業(yè)大學攻讀博士學位）。創(chuàng)新研究院2021級博士研究生周彤和化學與化工學院2019級碩士研究生周太平為論文的共同第一作者。該項工作得到了國家重點研發(fā)計劃（2018YFA0903500）、國家自然科學基金（21602067）和湖北科技創(chuàng)新重大專項（2019ACA125）資助。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202205159

參考資料：http://chem.hust.edu.cn/info/1053/9865.htm