由于手性β,β-二取代硝基化合物在合成化学和药物化学中是很重要的合成子，因此它的合成受到了广泛的关注。通常该类化合物可以通过生物催化反应、金属催化的不对称共轭加成反应、小分子或金属催化的不对称转移氢化反应、以及金属催化的不对称氢化反应等来实现。2007年，马普煤炭所所长Benjamin List教授[1]报道了有机小分子硫脲催化剂催化的β,β-二取代不包含硝基烯烃的不对称转移氢化反应，产率高达99%，对映选择性可达到96%，催化剂用量为5%。2012年，新泽西州立大学的张绪穆教授[2]报道了金属Rh催化的不对称氢化反应，产率和对映选择性都在90%以上，催化剂用量为1.5%。虽然该类反应在文献中已有报道，而且产物的产率和对映选择性都比较优秀，但是发展更加高效的催化剂仍然是化学家们追求的目标之一。
有机小分子催化剂虽然能催化很多类型的反应，能以高产率和高选择性得到产物，但是其催化剂用量普遍很高。2013年，厦门大学Eric Meggers教授（国家“千人计划”第5批引进人才，2011年起任职于厦门大学化学化工学院）从小分子催化剂结构中得到启发（Figure 1），开发了一种手性位于金属中心的含有氢键供体的Ir络合物[3]，该络合物高效地催化了β,β-二取代不饱和硝基烯烃的不对称转移氢化反应，得到了非常优秀的结果，催化剂用量更是低达0.1%。
Figure 1. From organocatalyst to chiral-at-metal iridium catalyst (J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 10598)
近日，Eric Meggers教授发展了新一代含有氢键供体的手性金属Ir络合物催化剂。该催化剂是C2对称性的，每个Ir络合物中含有两个催化位点，显现出非常高效的催化活性。作者研究了β,β-二取代不饱和硝基烯烃的不对称转移氢化反应，该反应使用Hantzsch酯作为氢源，催化结果非常优秀，底物普适性非常好，不管是以含不同取代基的芳环或杂芳环的β,β-二取代不饱和硝基烯烃，还是以烷基或酯基等取代的β,β-二取代不饱和硝基烯烃作为底物，都能以优秀的产率（91%-97%），优秀的对映选择性（91%-98%）得到重要的手性β,β-二取代硝基化合物（Figure 2）。TON高达20250。催化剂用量更是低达0.004%，该催化剂是目前催化该类反应的所有有机小分子和金属催化剂中用量最少的。（Metal-Templated Design: Enantioselective Hydrogen-Bond-Driven Catalysis Requiring Only Parts-per-Million Catalyst Loading. J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b02769）
Figure 2. Substrate Scope (J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b02769)
作者在2013年发表的文章中使用的催化剂只含有一个催化位点，催化相同的反应，其催化活性明显逊色于目前使用的催化剂（Figure 3）。
Figure 3. Catalyst used in 2016 (left) and catalyst used in 2013 (right)
作者还使用回收的催化剂再进行实验，发现回收的催化剂的催化性能没有受到任何影响。此外作者还检测了产物的对映选择性，发现没有任何程度的损失（Figure 4）。催化剂的稳定性是获得高TON的必要条件。
Figure 4. Catalyst recycling and catalytic performance experiments (J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b02769)
作者为了探究氢键的相互作用，培养了金属Ir的三氟乙酸负离子的络合物。此外，作者通过计算化学阐明催化剂和底物的作用模式（Figure 5）。
Figure 5. Computational investigations (J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b02769)
总结：
作者向我们展示了以金属作为模板设计出的催化剂的威力。该催化剂在室温条件下以非常优秀的产率和对映选择性得到产物。TON高达20250，催化剂用量低达0.004%。该催化剂是目前催化该类反应的所有有机小分子和金属催化剂中用量最少的。这样优秀的表现是通过优化催化剂和底物的氢键和范德瓦尔斯作用，限制催化剂的构象柔性来实现的。作者通过设计让催化剂具有C2对称性，从而达到让每个Ir络合物含有两个催化位点的目地。该催化剂的优秀表现让我们更加期待它在其它类型反应中的表现。
参考文献：
1. Organocatalytic Asymmetric Transfer Hydrogenation of Nitroolefins. Martin, N. J. A, Ozores, L, List, B. J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 8976–8977
2. Highly Enantioselective Hydrogenation of β, β-Disubstituted Nitroalkenes. Li, S.; Huang, K.; Cao, B.; Zhang, J.; Wu, W.; Zhang, X. Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 8573–8576
3. Asymmetric Catalysis with an Inert Chiral-at-Metal Iridium Complex. Chen, L.-A.; Xu, W.; Huang, B.; Ma, J.; Wang, L.; Xi, J.; Harms, K.; Gong, L.; Meggers, E. J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 10598−10601
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b02769
（本文由智聪供稿）