铁大放异彩：新突破让铁“力压”稀有金属

许多广泛使用的光催化剂金属，包括钌和铱，都稀缺且昂贵。日本名古屋大学的研究人员此前曾推出一种铁基替代品，但早期版本依赖大量昂贵的手性配体。这些配体充当空间导向剂，决定最终化学产物的三维排列。
在发表于《美国化学会志》的一项研究中，该团队公布了一种重新设计的铁催化剂，将手性配体的使用量减少了三分之二。该系统还能在节能的蓝色LED光下工作，使反应条件更实用，也可能更具可持续性。
借助这种改进的催化剂，科学家们完成了(+)-海茨酰胺A的不对称全合成。这种存在于药用植物中的天然化合物已知能抑制呼吸爆发。该研究由名古屋大学工程研究生院的石原和明教授、大村修平助理教授以及研究生赤尾隼人开展。
更智能的铁催化剂设计提升效率
在2023年的研究中，研究人员创造了一种铁光催化剂，每个铁原子结合三个手性配体。然而，其中只有一个配体真正对映选择性有贡献，这使得该方法效率低下。
新开发的催化剂采用了更具策略性的设计。它将价格实惠的非手性双齿配体与手性配体结合，形成特定的铁(III)盐结构。手性配体指导产物的三维构型，而非手性双齿配体则增强催化性能。
利用该系统，团队实现了高度可控的自由基阳离子（4+2）环化反应。在该反应中，两个分子组分结合形成六元环。这一过程能够生成1,2,3,5-取代加合物，这类结构基序常见于海茨酰胺A等天然产物中。
“新的催化剂设计代表了手性铁(III)光氧化还原催化剂的最终形式，”该研究的通讯作者之一大村表示，“我们认为这一成果是铁基光催化领域的重要里程碑。”
(+)-海茨酰胺A的首次不对称全合成
尽管研究人员此前已报道过海茨酰胺A的实验室合成，但尚未完成其天然存在对映体的不对称全合成。
通过使用蓝光激活的铁光催化剂仔细控制六元环的形成，该团队实现了(+)-海茨酰胺A的首次不对称全合成。研究结果表明，使用催化剂的镜像版本也有可能生产(-)-海茨酰胺A，从而能够选择性地获得两种对映体。
对药物化学的意义
这种新型铁光催化剂使得利用丰富的铁和蓝色LED而非稀有金属构建复杂分子（包括药物前体）成为可能。
“利用这种催化反应实现(+)-海茨酰胺A的首次不对称全合成是一项显著成就，”该研究的另一位通讯作者石原表示，“通过全合成可以获得多种其他生物活性物质，其中对映选择性自由基阳离子（4+2）环加成反应是关键步骤。我们计划在不久的将来发表关于这些化合物不对称全合成的后续论文。”