Angew. Chem. Int. Ed.：铑催化不对称氢化过程中对映选择性的自动量子力学预测

【引言】

现代量子化学在设计过渡金属催化反应的手性配体方面具有着巨大的潜力。然而，新型手性催化剂的计算设计对于研究工作者们来说仍然是一个巨大的挑战。导致这种挑战的原因是多方面的，主要包括给定转化过程的机械方式的多样性，以及需要准确计算出溶剂或添加剂的相对反应速率。即使是简单的反应，要想获得可靠的立体选择性量子力学预测结果，通常也需要优化数百个分子结构，包括许多过渡态（TSs）。这样的计算既耗时又乏味，因此新型手性配体的实验合成和测试仍然是其开发的首选途径。

【成果简介】

近日，德克萨斯A&M大学、佐治亚大学的Steven E. Wheeler教授（通讯作者）在Angew. Chem. Int. Ed.上发表了题为“Automated Quantum Mechanical Predictions of Enantioselectivity in a Rhodium-Catalyzed Asymmetric Hydrogenation”的文章。在这篇文章中，作者描述了一种计算工具包（AARON：一种用于新型催化剂的自动化反应优化器），它以密度泛函理论（DFT）为基础筛选过渡金属催化反应的手性配体。这些反应都具有明确的反应机理，而不存在多个立体控制过渡状态。上述的这种计算工具包被用来表征(E)-β-芳基-N-乙酰基酰胺（含新型C₂对称磷配体）的Rh催化不对称氢化过程。

【图文导读】

图一：(E)-β-芳基-N-乙酰基酰胺

Tang等提出了开发C₂对称磷配体的新方法，如WingPhos（上图所示）。与普通的配体如BINAP和Josiphos相比，WingPhos在(E)-β-芳基-N-乙酰基酰胺的Rh催化不对称氢化反应中具有高立体选择性。

图二：氢化物转移过程中可能出现的TS结构

第一类（TS1）和第二类（TS2）氢化物转移过程中可能存在的TS结构。对于TS2，示出了预先加入的氢，以粗体H表示。

图三：TS参数与结构表征

(a) 氢转移TS结构和相关中间体的自由能（与分离的反应物和催化剂有关）。

(b) TS结构的关键部分。对于TS1β1(S)，插图突出展示了TS中的空间冲突。 为了清楚起见，已去除氢原子。

【小结】

本文作者介绍了一种适用于过渡金属催化反应的新版本计算工具包AARON。这个新版本的AARON可自动优化和玻尔兹曼加权，以预测反应的立体选择性所需的过渡状态，包​​括自动考虑低位构象。虽然这样的计算可以使用传统的工具进行，但由AARON提供的自动化方式大大加速了该过程，从而为选择性过渡金属催化反应的手性配体的计算筛选打开了大门。文章通过筛选(E)-β-芳基-N-乙酰基酰胺的不对称氢化手性配体证明了AARON的有效性。虽然纯粹的计算催化剂设计的时代尚未到我们身边，但是这项工作无疑是为这一目标推进了重要的一步。

文献链接：Automated Quantum Mechanical Predictions of Enantioselectivity in a Rhodium-Catalyzed Asymmetric Hydrogenation（Angew. Chem. Int. Ed. 2017，DOI: 10.1002/anie.201704663）

本文由材料人编辑部计算材料组daoke【郭阳】供稿，材料牛整理编辑。

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