磷中心手性化合物廣泛應(yīng)用于藥物分子、農(nóng)藥分子、配體和有機(jī)催化劑合成設(shè)計(jì)當(dāng)中。在過去幾十年中，含磷-立體中心的化合物制備引起了相當(dāng)大的關(guān)注,特別是近幾年，國內(nèi)外課題組利用各種催化策略取得了不少優(yōu)秀的研究成果。近年來，通過催化劑控制的立體選擇性合成P(V)化合物得到了廣泛關(guān)注，例如使用過渡金屬或小分子催化劑實(shí)現(xiàn)手性P(V)化合物的不對(duì)稱合成。同時(shí)，基于與二級(jí)膦氧化物(SPO)的P-C偶聯(lián)實(shí)現(xiàn)全取代的膦氧化物(TPO)的合成也得到了發(fā)展。盡管取得了令人印象深刻的進(jìn)展，但是通過催化生成P(V)-雜原子鍵實(shí)現(xiàn)磷原子的直接立體控制依然是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

作者在前期平面及雜原子多層次手性中心高效構(gòu)建工作基礎(chǔ)上(Chem 2024, 10, 1541; Nat. Commun. 2024, 15, 958; ACIE, 2024, e202404979; JACS, 2024, 146, 25350; Sci. China Chem. 2024, 67, 2199; J. Agric. Food Chem. 2024, 72, 4622)，通過硫脲雙功能有機(jī)催化次磷酸與醇不對(duì)稱縮合反應(yīng)，成功實(shí)現(xiàn)了一例P(V)中心手性化合物的催化調(diào)控新方法，以高產(chǎn)率和優(yōu)異的立體選擇性獲得了一系列的磷(V)手性化合物。此外，該方法還可以與各種天然產(chǎn)物和商品藥進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵分子的多樣性修飾。同時(shí)，該方法所獲得的手性產(chǎn)物對(duì)水稻植物病原體具有顯著抗菌活性，這對(duì)開發(fā)新型農(nóng)藥具有重要價(jià)值。

圖1. 磷手性構(gòu)建催化合成策略

該反應(yīng)適用于多種取代的芳基次磷酸，對(duì)具有不同電性官能團(tuán)均具有較好的兼容度(圖2)。在合成一系列的手性膦酰胺后，作者嘗試了其它的親核試劑。如圖3所示，在簡(jiǎn)單改變反應(yīng)條件后，能以優(yōu)異的收率和高立體選擇性制備手性膦酸酯產(chǎn)物。與此同時(shí)，該反應(yīng)還能應(yīng)用于部分天然產(chǎn)物和藥物活性分子的后期官能團(tuán)修飾。該反應(yīng)也可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)克級(jí)規(guī)模制備，產(chǎn)率和立體選擇性與小量反應(yīng)相差無幾。隨后作者對(duì)合成的磷手性產(chǎn)物進(jìn)行衍生化，展現(xiàn)了該方法在磷手性化合物多樣性合成所具有的潛在價(jià)值(圖4)。

圖2. 手性膦酰胺不對(duì)稱合成研究

圖3. 手性膦酸酯不對(duì)稱合成研究

圖4. 磷手性化合物多樣性合成

為驗(yàn)證可能的反應(yīng)過程，作者制備了混酐中間體(±)-A，發(fā)現(xiàn)其與芴醇可以順利地發(fā)生反應(yīng)生成H-膦酸酯(S)-4d，并將其用于后續(xù)的Atherton-Todd (A-T)轉(zhuǎn)化。同時(shí)，作者通過DFT計(jì)算進(jìn)一步證實(shí)了混酐磷中心在羧酸鹽輔助下快速翻轉(zhuǎn)以及催化劑C7在磷手性調(diào)控中的作用(圖5)。

圖5. 機(jī)理探究

手性P(V)生物具有豐富的生物活性，作者對(duì)獲得的手性P(V)衍生物的抗菌活性進(jìn)行了初步研究，以尋找有效的抗菌農(nóng)藥用于植物保護(hù)。采用體外生物測(cè)定法評(píng)價(jià)其對(duì)兩種植物病原菌Xoo (Xanthomonas oryzae pv)和Xoc (Xanthomonas oryzae pv.)的抑制活性，發(fā)現(xiàn)所制備的手性產(chǎn)物對(duì)水稻植物病原體具有顯著抗菌活性，相關(guān)發(fā)現(xiàn)對(duì)于新型殺菌活性先導(dǎo)結(jié)構(gòu)發(fā)掘及后續(xù)綠色農(nóng)藥創(chuàng)制具有重要意義。

表1. 部分化合物農(nóng)用殺菌活性測(cè)試(50 μg/mL)

伍星星，教授，博士生導(dǎo)師，入選國家海外高層次青年人才項(xiàng)目(2021)，貴州大學(xué)學(xué)術(shù)學(xué)科帶頭人，卓越人才專家，《農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào)》期刊首屆青年編委。2013年碩士畢業(yè)于華東師范大學(xué)，師從張俊良教授; 2017年博士畢業(yè)于新加坡南洋理工大學(xué)，指導(dǎo)老師池永貴教授; 2018年至2022年2月在瑞士巴塞爾大學(xué)Christof Sparr課題組從事博士后研究（歐盟“瑪麗.居里”學(xué)者）。小組聚焦于“有機(jī)催化功能分子合成與新型農(nóng)藥活性先導(dǎo)骨架發(fā)掘”開展研究，主要包括：有機(jī)催化惰性化學(xué)鍵轉(zhuǎn)化應(yīng)用以及催化劑調(diào)控平面及雜原子多層次手性中心高效構(gòu)建與生物活性研究。