基础科学研究所 概述了新型铱基催化剂获得碳正离子中间体的途径，这种方法既能获得高的区域选择性(>;95%)和对映选择性(>;98%)
证明碳正离子中间性和理解选择性决定步骤的计算模型
信用:IBS 21世纪的人类文明在很大程度上是由现代化学技术支撑的
从服装到塑料和药品等各种产品的制造所使用的原材料主要是通过将廉价的原料化学品高效催化转化为增值的有机商品来生产的
在许多情况下，涉及有机化合物的化学反应是通过短暂的反应中间体进行的，例如碳正离子
碳正离子是含有带正电荷碳原子的化学物质
总的来说，这些分子对许多化学转化都有很强的反应性，它们经常出现在许多关键反应中，这些反应彻底改变了合成和物理有机化学
众所周知，碳正离子中间体负责广泛的基础反应，如取代、消除和重排
这些反应的应用极大地扩展了化学合成中可用的反合成方法的范围
由于其在有机化学领域的广泛影响，1994年诺贝尔化学奖被授予以表彰碳正离子化学的进步
然而，碳正离子的内在不稳定性往往成为合成化学的主要瓶颈
在大多数反应中，碳正离子是寿命很短的中间体，虽然它们的寿命因反应类型而异，但通常在几纳秒的范围内，也就是十亿分之一秒或更短
因此，控制其反应性或进行光谱观察极具挑战性
由于这些原因，碳正离子介导的反应的催化可及性在很大程度上受到限制，并且也很难抑制不希望的其它副产物的形成
为了解决这个问题，一个由教授领导的研究小组
韩国基础科学研究所催化烃功能化中心的张苏福克开发了一种新型催化剂，该催化剂能够获得瞬时碳正离子中间体，从而实现区域控制的消除反应
使用这种新的催化剂，他们成功地生产了两种称为γ-内酰胺和β-内酰胺的环状分子，这两种分子在合成化学、有机化学和药物化学中广受欢迎
传统的催化剂大多局限于生成碳正离子中间体，不影响反应的区域选择性
因此，通常需要增加昂贵的消除途径来除去不需要的产品
IBS的研究人员通过开发一个多面催化系统来挑战这个问题
2018年，他们独立开发了一种新型铱催化剂，可以将碳氢化合物转化为多功能γ-内酰胺，这一技术壮举发表在《科学》杂志上
这种催化剂进一步用于直接参与碳正离子中间体的生成和选择性转化
成功的关键是定制的催化剂临时生成类铱氮化合物，其亲电性高到足以接近碳正离子化合物并将键插入碳碳双键
本研究中获得的定制催化剂和产品结构的总体反应方案
信用:IBS 本研究以二噁唑酮为模型底物，通过量子化学模拟详细分析反应机理，寻找潜在催化剂的最佳结构
根据这样的计算机预测，他们发现催化剂中的一个配体可以扮演一个内部碱基的关键角色，在碳正离子的两个竞争位点之间选择性地提取一个特定的质子
通过进一步优化，他们定制了一种新的高质量催化剂，与烯胺相比，对所需的烯丙基酰胺产品具有前所未有的选择性(> 95%)
这种定制的催化剂易于应用于γ-内酰胺的制备和更具挑战性的β-内酰胺生产过程
γ-内酰胺被认为是天然和合成分子中的关键结构基序，这些分子包括许多用于癌症治疗的药物
另一方面，β-内酰胺是最重要的抗生素制剂和药物产品之一，例如青霉素G及其衍生物
除了其控制区域选择性的能力之外，新催化剂的使用进一步扩展到不对称反应
该催化剂还成功地合成了手性化合物，具有高达98%的优异对映选择性
对映选择性合成在制药工业中极其重要，因为具有不同手性的同一分子可能具有完全不同的生物活性
例如，沙利度胺的(R)-对映异构体提供治疗效果，而其(S)-对映异构体导致出生缺陷
由于分离过程昂贵，许多药物以外消旋混合物的形式出售
因此，预计该技术将在药物化学中得到广泛应用，以合成广泛种类的临床药物，同时使其副作用最小化
常教授说:“这项研究是由李博士发起的
洪承佑提出了这个创造性的想法
他还积极领导本研究的理论调查和实验
这些发现不仅取得了新的学术进展，为获得临时碳正离子中间体开辟了一条新的途径，还将引发许多有趣应用的进一步发展
" 这项研究发表在2020年12月21日的《自然催化》杂志上
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