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手性化合物大搜查之“一点都不能少”：金属中心手性（上）
手性现象与我们的日常生活息息相关，生物体内许多大分子化合物都具有手性，而很多药物只有某种对映体才有活性。根据产生手性的方式的不同，可以分为中心手性、轴手性和面手性（Figure 1）。说到中心手性，我们最先想到的一般都是碳中心手性，除此之外还有硅、硫、膦等原子中心手性，而今天我们要扒一扒一种特殊的中心手性：金属中心手性。
金属中心手性通常见于四配位或六配位的过渡金属，由配体的空间有序排列而产生。然而配体与金属的配位键通常较弱，并且配体与金属的配位作用表现出一定的可逆性，因此金属中心手性配合物的稳定性稍差，易于消旋化。这是制约金属中心手性配合物发展与应用的最重要因素。
Figure 1. 产生手性的不同方式
讲到这里，大家肯定想，金属中心手性配合物的研究有什么特殊的意义？值得这么大费周章？答案是肯定的，一般来说，其研究意义在于：（1）“一点都不能少”。这是一类具有新颖手性结构的化合物，可以极大地丰富手性化学的研究；（2）应用前景广阔。在金属催化的不对称反应中，金属中心是催化的活性位点，相比于配体的手性环境，金属中心的手性环境与底物的空间距离理论上会更小，可能会对反应的立体选择性产生更大的影响。
金属中心手性的合成方法
目前，金属中心手性配合物的催化合成依然难以实现。文献中常见的制备方法主要包括以下几种[1]：
手性拆分：同普通的有机化合物一样，首先合成外消旋的金属中心配合物，然后根据对映异构体物理-化学性质的差异（如不同的溶解性）来结晶某单一异构体，或者通过手性制备高效液相色谱（HPLC）来分离。
Scheme 1. 外消旋金属中心手性的手性拆分
非对映选择性合成：顾名思义，如果合成金属中心手性化合物的原料（之一）是光学纯的，那么原料的手性环境会诱导金属中心产生相应的手性。包括手性配体诱导和手性阴离子诱导。
不对称转化：这里要提的不对称转化特指外消旋的金属中心手性配合物在手性拆分过程中，通过升高温度、辅以光照、改变溶液pH等方法来促进其中一个异构体发生差向异构化，进而可以100%得到单一的金属中心手性配合物。
Scheme 2. 外消旋金属中心手性配合物的不对称转化
金属中心手性配合物结构分类
根据分子构型的不同，常见的金属中心手性配合物可以分为四面体型（Figure 2A）和八面体型（Figure 2B）[2]。先主要介绍四面体型。
Figure 2. 四面体和八面体型的金属中心手性。图片来源：Wikipedia
四面体型金属中心配合物：四面体构型的金属配合物，跟碳中心手性化合物分子构型（Figure 1A）非常类似，即当金属中心具有4个不同的配体时，便会产生金属中心手性（Figure 1B）。
Figure 1. 四面体构型的碳中心手性与金属中心手性。图片来源：Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 3153-3163
四面体构型的金属中心配合物的结构稳定性较差，即是在温和条件下也会消旋化，就目前而言，其在不对称催化领域的应用非常有限。
2008年，麻省理工学院的诺贝尔奖获得者Richard R. Schrock教授和波士顿学院的学术大牛Amir H. Hoveyda教授合作，利用手性配体诱导的方式合成了稳定的四面体型金属钼配合物（Scheme 3），同时含有联萘酚配体的轴手性和钼中心手性[3]。
Scheme 3. 钼中心手性配合物的合成。图片来源：Nature, 456, 933-937
研究人员尝试将此类催化剂用于闭环烯烃复分解反应，可以得到近乎定量的转化与高达96%的ee值，并以此方法快速完成了吲哚生物碱(+)-quebrachamine的全合成（Scheme 4）[3]。
Scheme 4. 以闭环不对称烯烃复分解反应为关键步骤的(+)-quebrachamine全合成。图片来源：Nature, 456, 933-937
与四面体构型相比，八面体构型的金属中心手性配合物的稳定性极大提高，因此在不对称催化领域的应用也越来越广泛，尤其是近年来，不断涌现出非常激动人心的报道，具体内容，下次再和诸位详叙。
Schrock课题组主页：http://schrockgroup.mit.edu/
Hoveyda课题组主页：https://www2.bc.edu/amir-hoveyda/
参考文献：
1. Chiral-at-Metal Complexes as Asymmetric Catalysts. Top. Organomet. Chem., 2005, 15, 271-288
http://link.springer.com/chapter/10.1007/b136353
2. Chiral-at-metal complexes and their catalytic applications in organic synthesis. Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 3153-3167
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2012/CS/c2cs15234g
3. Highly efficient molybdenum-based catalysts for enantioselective alkene metathesis. Nature, 456, 933-937
http://www.nature.com/nature/journal/v456/n7224/full/nature07594.html
（本文由岐黄柚子茶供稿）