自2000年以来，有机分子催化的不对称反应取得了蓬勃的发展，广泛用于多种手性分子的合成。通过使用有机分子催化剂对底物进行活化及后续手性诱导，可以得到一系列具有光学活性的物质。该类反应涉及多种反应模型，常见的包括烯胺中间体、亚胺离子中间体等。如图1a所示，手性仲胺与烯醛反应形成亚胺离子中间体，在有机分子催化剂的诱导下降低了C=C双键的LUMO轨道能量，从而使得β位易与亲核试剂发生加成反应。在过去的15年里，该策略在烯醛的β位官能团化得到了广泛的应用。近日，西班牙加泰罗尼亚化学研究所（ICIQ）的Paolo Melchiorre教授课题组在Nature Chemistry 上报道了在可见光的作用下手性仲胺催化的烯醛β位的不对称烷基化反应。亮点在于反应中无需额外的光敏剂，手性仲胺起到多重作用，促使该反应顺利进行。
图1. 亚胺离子的反应活性。图片来源：Nature Chem.
亚胺离子吸收可见光这一现象源于生物体，通过亚胺离子吸收可见光，动物才能形成视觉（图1b）。视黄素在生物体内通过化学转化形成亚胺离子，从而使其能够吸收光的波长从紫外光（约370 nm）转变成可见光（>400 nm）。受自然界启发，并结合以往的工作，作者推想是否可以将亚胺离子吸收可见光的性质利用起来，实现光化学的手性合成反应。（多向大自然中的“化学家”学习，从自然界中找灵感很重要啊！推荐阅读往期文章：自然界中到处都是“化学家”）
作者首先对反应的可能性进行了分析（图2），由于光活化的激发态中间体比基态具有更高的亲电活性，他们假设激发态I*可作为强氧化剂，与某些特定的富电子底物发生单电子转移，因而底物的选择至关重要。作者选择了烷基三甲基硅烷作为底物，随后意识到若想实现该反应，手性仲胺催化剂的选择是一个关键。催化剂的电子特性必须满足四个条件：1. 催化剂与底物反应后生成的亚胺离子I必须能够吸收可见光从而形成激发态I*；2. 激发态的氧化性足够强，能够与烷基三甲基硅烷发生单电子转移；3. 为保证单电子转移过程中，催化剂不与烷基三甲基硅烷发生竞争反应，催化剂的富电性必须低于烷基三甲基硅烷；4. 催化剂具有高度的手性诱导能力。
图2. 反应设计及机理假设。图片来源：Nature Chem.
作者随后对不同的手性仲胺催化剂进行了筛选（图3），发现催化剂1d效果最好，其化学性质满足上述分析。期间，他们还对反应中间体的光吸收波长进行了测定，对不同状态中间体的能量进行了计算，从理论的角度证实了反应得以进行的原因。
图3. 催化剂筛选。图片来源：Nature Chem.
最后，作者对底物的普适性进行了研究（图4），虽然底物的适用性有限（只有芳基烯醛能够参与反应），对大部分底物来说，对映选择性也并不十分理想（<90%），但是该方向才刚刚起步，相信不久的将来，会取得更加出色的结果。
图3. 底物拓展。图片来源：Nature Chem.
——总结——
Melchiorre课题组突破性的开发了一种基于有机分子催化剂及可见光参与的不对称反应，该策略可用于烯醛β位的高效不对称烷基化反应。研究证明了手性亚胺中间体可吸收可见光，激发后可以发生以往难以实现的不对称反应。这些重大发现有望开辟不对称光化学反应的新方向，具有重大的科学意义。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Visible-light excitation of iminium ions enables the enantioselective catalytic β-alkylation of enals
Nature Chem., 2017, DOI: 10.1038/nchem.2748
（本文由Chem-Stone供稿）
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