中國科大“智能科學(xué)家”助力全脂肪族手性碳中心精準(zhǔn)構(gòu)建
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)傅堯教授團(tuán)隊、江俊教授團(tuán)隊聯(lián)合浙江大學(xué)洪鑫教授團(tuán)隊，依托“智能科學(xué)家”自主實驗室，在全脂肪族手性碳中心的精準(zhǔn)構(gòu)建方面取得突破。研究團(tuán)隊開發(fā)了一種高效和高選擇性的鈷催化體系，實現(xiàn)了脂肪族烯烴的不對稱氫烷基化反應(yīng)，突破了長期以來偶聯(lián)反應(yīng)對極性基團(tuán)輔助手性控制的依賴，為手性碳骨架精準(zhǔn)構(gòu)建提供了新方法。相關(guān)成果日前以“Construction of All-Aliphatic Stereocenters via Enantioselective Alkene Hydroalkylation”為題發(fā)表于《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society）。
手性碳–碳鍵的精準(zhǔn)構(gòu)筑是合成化學(xué)的難題。盡管過渡金屬、酶及有機小分子催化等方向取得了顯著進(jìn)展，但當(dāng)?shù)孜锶〈耆芍咀逄兼湗?gòu)成時，由于缺少顯著的電子和立體差異，底物高對映選擇性轉(zhuǎn)化仍極具挑戰(zhàn)。傅堯、陸熹團(tuán)隊長期專注于碳–碳偶聯(lián)研究，在本工作提出了“傘狀手性口袋”分子識別新模式，可精準(zhǔn)區(qū)分底物中電子和空間結(jié)構(gòu)相似的兩個脂肪族取代基，實現(xiàn)了傳統(tǒng)偶聯(lián)反應(yīng)與酶催化體系都難以達(dá)到的全脂肪族手性碳中心構(gòu)筑。
在研究過程中，江俊團(tuán)隊的“智能科學(xué)家”平臺發(fā)揮了關(guān)鍵作用。該平臺可在短時間內(nèi)完成數(shù)百組反應(yīng)條件的高通量篩選，大幅提升了數(shù)據(jù)質(zhì)量和研究效率。洪鑫團(tuán)隊則基于人工智能算法對實驗與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，從分子片段指紋和空間構(gòu)型中提取關(guān)鍵描述符，建立了反應(yīng)選擇性的機器學(xué)習(xí)模型。
結(jié)合“智能科學(xué)家”平臺與AI建模結(jié)果，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一類具傘狀手性口袋的鈷催化劑體系。該體系通過多重色散作用與空間限域效應(yīng)協(xié)同提升了反應(yīng)效率與選擇性，實現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)高度相似的兩個烷基基團(tuán)（如環(huán)戊基/環(huán)丁基）的精準(zhǔn)識別。本研究不僅揭示了弱相互作用調(diào)控手性識別的新原理，也為復(fù)雜脂肪族分子的立體可控合成提供了新策略。
“智能科學(xué)家”助力全脂肪手性碳中心精準(zhǔn)構(gòu)建
研究團(tuán)隊表示，這一成果體現(xiàn)了以“智能科學(xué)家”為核心的精準(zhǔn)智能化學(xué)研究范式在基礎(chǔ)科學(xué)創(chuàng)新中的潛力。通過構(gòu)建“設(shè)計—篩選—建?！扑]—驗證—應(yīng)用”的高效閉環(huán)體系，實現(xiàn)了從“人工實驗廣泛試錯”向“數(shù)據(jù)與機制協(xié)同驅(qū)動”的跨越。未來，團(tuán)隊將進(jìn)一步探索更多基于弱相互作用的精準(zhǔn)合成反應(yīng)，從而拓展該體系在藥物分子、功能材料及碳資源高值化轉(zhuǎn)化等方向的應(yīng)用。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c15430
（精準(zhǔn)智能化學(xué)全國重點實驗室、化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、科研部）
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