烷基胺是一类广泛存在于药物、农药和聚合物的化合物。理想状态下，化学家们希望从广泛可用的原料中制备烷基胺，如烯烃。但按照现有方法很难以内烯烃为原料制备出复杂胺化合物，尤其是具有高光学纯度的手性胺化合物。以加州大学伯克利分校约翰·哈特维格教授为首的研究团队日前宣称已经找到了解决该问题的办法。研究成果发表在近期出版的《自然》杂志上。

哈特维格团队开发了一种带正电荷的依催化剂，该催化剂可以把简单胺化合物的氮-氢键直接加成到内烯烃上，并且生成具有高对映选择性和区域选择性的手性烷基胺。研究人员过去曾经试图合成类似的化合物，但未能得到理想的手性产物。哈特维格团队成功的关键是选择双齿氨基吡啶衍生物作为配体和反应物，这有助于促进催化剂的活性，同时防止不必要的副反应。

在反应过程中，最开始两个氨基吡啶分子与依金属中心结合，然后其中一个氨基吡啶分子被内烯烃原料取代，而另一个留在催化剂上，并拆入到烯烃的碳碳双键中。研究人员认为，双齿氨基吡啶衍生物使得催化剂锁定了几何结构，烯烃只能从催化剂分子的一侧添加，有助于阻止不必要的副反应，从而导致手性烷基胺的对映选择性在某种情况下接近100%。然后可以除去吡啶部分，得到最终的手性胺。

哈特维格教授认为，阳离子依催化剂还加快了烯烃的插入和还原消除步骤，导致了提高烷基胺的合成效率，并且导致了氮-氢键加成的速率比异构化更快，从而抑制副产物的生成。

论文第一作者席雨濛博士指出：“手性烷基胺是一类很重要且常见于药物之中的化合物。但从内烯烃一步合成手性烷基胺是有机化学领域的一大难点。我们通过设计新的金属催化剂和胺试剂，第一次实现了用内烯烃作为原料直接合成高对映选择性和区域性的手性烷基胺。这一设计理念可以广泛应用于其他高选择性烯烃的加成反应之中。”

加州大学欧文分校有机化学家董薇认为，这种方法很有前途，因为它不仅能够调控催化剂的活性，还能作为氨的简单替代物，突出了通过设计新试剂和理解反应机理来实现不可能的反应能力。

文/科技日报实习记者 张佳欣

编辑/范辉