注：文末有研究团队简介及本文
科研思路分析传统的氧钒配合物介导的硫/胺化物和烯类的氧化反应以过氧化物为氧化剂。台湾清华大学陈建添（Chien-Tien Chen）教授于2001年开创了氧钒配合物好氧（空气或氧气）催化2-萘酚的不对称化偶联，据信通过自由基-自由基或自由基-阴离子方式来进行。近年来，他成功地在反应过程中产生了氧钒稳定化的酰基和三氟甲基等自由基，而没有被氧钒基淬灭，从而实现了烯类有效的1,2-氧基酰化和1,2-氧基三氟甲基化，以及后续的不对称催化之应用。
含三氟甲基的药物分子非常重要，可有效的改善其药性。台湾清华大学团队通过使用手性钒氧催化剂与Togni试剂在好氧及环境温度下，进行烯类的三氟甲基化交叉偶联，研究其配体的影响，并优化催化剂结构。他们还与日本茨城大学Seiji Mori（森圣治）教授团队合作进行高阶理论计算，首度解开氧钒等氧金属催化剂截然不同的稳定三氟甲基自由基等之催化反应机理。他们制备了各种具有生物医学意义的γ-三氟甲基化酮。这些配合物中，以具有3,5-二溴取代的N-亚水杨基叔亮氨酸和双噁唑啉型配体的氧钒（IV/V）配合物产生最佳结果。
藉由底物的两个独立D-标记实验，作者提出独特三氟甲基特异引导作用，使得过氧氧钒中间体进行史无前例的前手性1,4-氢和1,5-氢协同转移至过氧（O1）或氧钒单元。他们对后者镜相异构体之单重态基态1,5-氢转移的三种可能过渡态进行高阶理论计算，证实另有1,5-氢协同转移至配体酚氧基的可能性，且推测如通过适当的过氧化物还原剂，可促使氧钒过氧化物之中间体进行有效动力学拆分的可能性。这些发现开创了此类催化剂不久将来在烯类（不对称）交叉偶联应用的契机，性能可媲美铜和铁催化，但机理截然不同。
这一成果近期发表在ACS Catalysis 上，文章的第一作者是台湾清华大学硕士研究生陈雅佩和日本茨城大学的硕士研究生Ryoma Fujii（藤井棱马）。
Vanadyl Species Catalyzed 1,2-Oxidative Trifluoromethylation of Unactivated Olefins
Chien-Tien Chen*, Ya-Pei Chen, Bang-You Tsai, Yi-Ya Liao, Yu-Cheng Su, Tsung-Cheng Chen, Chia-Hao Lu, Ryoma Fujii, Kyohei Kawashima, Seiji Mori*
ACS Catal., 2020, 10, 3676-3683, DOI: 10.1021/acscatal.0c00370
陈建添博士简介
陈建添，台湾清华大学特聘教授（2010年起），1986/88年台湾清华大学学士/硕士，1994年美国伊利诺伊大学香槟分校博士，1995年美国斯克里普斯研究院博士后，1995/2000年台湾师范大学副教授/教授，2007年台湾国科会杰出研究奖和中山学术著作奖，2010年杰出人才奖座，2011年日本亚洲和环太年轻光化学学者奖，2015年清华大学产学合作绩优奖，两度OMCOS会议邀请和主题演奖，三度欧亚研讨会之有机金属合成应用邀请演奖。
首创手性三芳基甲基碳阳离子在不对称有机催化型式之Mukaiyama醛醇加成反应﹝1996年JACS﹞，首创手性氧钒配合物在二萘酚的不对称[自由基-自由基]好氧交叉偶联生成手性BINOL衍生物﹝2001/02年Org. Lett.和C&EN News﹞，首创DNA光激手性氧钒配合物生成VO自由基来进行DNA光激特点断序﹝2004年Org. Lett.﹞，首创不对称好氧alpha-羟基酯/酰胺和alpha-羟基膦酯/酰胺的氧化和光学拆分﹝2006年JACS 和PNAS﹞，首创顺式二苯乙烯/芴之螺旋交错混成模板在OLED/DSSC/OPV等光电元件和光学互补手性螺旋烯自组装和DMAP催化应用（2006-09年和2013年4篇JACS、2012 年2篇Energy & Environ. Sci.、2014年Adv. Funct. Mater. 和2017年Chem. Sci.），首创（手性）氧钒配合物在自由基导向的烯类交错耦合（2020年ACS Catal.和其他近期陆续发表中）。
科研思路分析
Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？
A：传统的氧钒配合物是以过氧化物为氧化剂来媒介的硫/胺化物和烯类的氧化反应，从来没能有效应用在催化碳-碳键的﹝不对称﹞生成，2001年我们开创了氧钒配合物催化2-萘酚的不对称好氧〔空气或氧气〕氧化偶联，当时据信是以氧钒配合物协同自由基-自由基生成方式来进行，后续Sasai和Kozlowski教授在此机理研究证实，但是仍然局限在苯酚、萘酚和1,3-双羰基等具有互变异构化属性的底物的系统，近10来年铁、铜配合物在催化自由基交联耦合甚至于其不对称应用蓬勃发展，因此积极思考酰基和三氟甲基等其他同样类型自由基基团是否能用氧钒配合物催化来突破以及后续可能的交集应用。
Q：研究过程中遇到哪些挑战？
A：遍寻文献，酰基和三氟甲基等其他同样类型自由基基团，是否能与氧钒配合物结合或共存的配合物或中间体却从未被报导或研究过，因此如何突破寻找适当的原位或光激产生的自由基类型的试剂，以及后续可捕捉与烯类交联后自由基中间体来进行三底物交联耦合，构成极大的挑战。
Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？
A：含酰基和三氟甲基等其他同样类型自由基基团交联后的﹝手性﹞药物有极大的应用，也可同时结合之前苯酚和萘酚进行交替耦合应用，在生医制药以及好氧相关的绿色﹝不对称﹞催化研究将可开创绝佳的新契机。
閱讀更多 X一MOL資訊 的文章
