Cation-n 相互作用导向的催化区域选择性的酰化碳水化合物

区域选择性地对天然产物进行官能化如碳水化合物在理解天然产物的功能及发展有效的治疗等方面起着非常重要的作用。碳水化合物是多羟基化合物，可以调节多种生理过程。在自然界中，该化合物比其他生命物质如蛋白质和核酸要更为复杂。化学合成是一种有效的手段来获得结构确定的多糖。在过去的十年中，多糖的化学合成取得了显著的进展。然而，碳水化合物具有多个羟基，仍然需要保护和去保护的策略来进行单糖切块的合成。因此，发展有效的策略实现位置选择性和可预测官能化碳水化合物中特定的羟基，省去繁琐的保护基操作仍旧十分重要。

有机锡试剂具有毒性，有机硼和有机硅试剂已广泛用于研究区域选择性官能化碳水化合物的羟基官能团。然而，大部分的研究只适合于吡喃糖环上顺式的1, 2-二醇结构，当前仍然缺乏一种通用的策略来实现催化剂控制的区域选择性官能化碳水化合物的羟基官能团，特别是处于平伏键的羟基官能团。最近，对于这个挑战性的问题，美国威斯康辛大学麦迪逊分校的Weiping Tang教授团队和匹兹堡大学的Peng Liu教授团队利用一对有机分子催化剂通过阳离子活性催化物种与底物中合适的氧孤对电子cation-n的相互作用实现了区域选择性的控制，解决了长期以来吡喃糖环上反式1, 2-二醇区域选择性酰化的难题。

Tetramisole 1 与benzotetramisoles （BTMs）2和3起初由Birman教授发展用于二级醇的拆分，具有硫与羰基上氧的非共价相互作用的阳离子中间体4被认为是活性的酰化物种。Tang教授团队和百时美施贵宝公司（Bristol-Myers Squibb）曾使用以上催化剂进行动态动力学立体选择性地酰化半缩醛。Tang教授团队随后用催化剂1-3进行区域选择性酰化α-构型葡萄糖的取代衍生物5a的尝试。通过条件优化，他们用(R )-BTM催化剂可以高收率、高区域选择性地得到酰化产物7a，而用(S )-BTM催化剂可以高收率、高位置选择性地得到酰化产物6a。但是，将以上优化条件应用于β-构型葡萄糖的取代物8a的区域选择性酰化则没有得到满意的结果。

通过仔细分析数据，Tang教授团队认为阳离子氧孤对电子（cation-n）的相互作用可能是实现区域选择性控制的主要因素。而且，阳离子氧孤对电子（cation-n）的相互作用尚未用于发展催化反应。为了验证这一想法，Tang教授团队与匹兹堡大学的Peng Liu教授团队合作进行了理论计算研究。密度泛函理论计算清晰表明实现区域选择性控制的决定性因素为是否存在阳离子活性催化物种与底物中合适的氧孤对电子的cation-n 相互作用。同时，密度泛函理论计算也提供了实现区域选择性控制的模型。这一模型得到不同的底物葡萄糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖、木糖和多种二糖的证实。同时，Tang教授团队应用电子和空间效应将无选择性的底物转化为区域选择性的底物。

该工作发现了阳离子氧孤对电子（cation-n）的相互作用，同时解决了长期以来对吡喃糖环上反式1, 2-二醇区域选择性酰化的难题。相关工作成果近期发表于《美国化学会志》，同时也被该期刊选为亮点报道（J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 5625）。文章的第一作者是2013年毕业于中科院上海有机所的肖国志博士（博士生导师为俞飚研究员）。

该论文作者为：Guozhi Xiao, Gabriel A. Cintron-Rosado, Daniel A. Glazier, Bao-min Xi, Can Liu, Peng Liu and Weiping Tang

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Catalytic Site-Selective Acylation of Carbohydrates Directed by Cation–n Interaction

J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 4346, DOI: 10.1021/jacs.7b01412