σ-空穴供体XB与ChB催化在寡糖合成中的创新应用与机制研究

研究人员针对传统氢键(HB)催化在糖苷化反应中的局限性，创新性地利用σ-空穴非共价相互作用（XB/ChB）开发了高立体选择性的温和催化体系。通过卤键(XB)和硫属键(ChB)激活糖基供体，实现了1,2-顺式糖苷键的立体收敛合成及2-脱氧糖苷的α/β选择性控制，为复杂糖类药物的合成提供了新策略。

　　

糖类分子是生命活动的重要参与者，但其化学合成长期面临立体选择性控制难、反应条件苛刻等挑战。传统氢键(HB)催化虽能实现不对称转化，但对软性底物效果有限，且常需高温或强酸促进。如何开发更温和高效的催化体系，成为糖化学领域的核心难题。

英国布里斯托大学(University of Bristol)的Mukul Mahanti和M. Carmen Galan团队在《TRENDS in Chemistry》发表综述，系统阐述了σ-空穴非共价相互作用（NCIs）——特别是卤键(XB)和硫属键(ChB)——在糖苷化反应中的突破性应用。研究发现，这类催化剂通过电子密度各向异性形成的σ-空穴，能与糖基供体产生强方向性相互作用，不仅实现了传统HB难以达成的立体控制，还显著降低了反应能耗。

研究团队采用多种关键技术：1）可见光驱动的XB辅助自由基机制实现1,2-顺式糖苷键的立体收敛合成；2）动力学同位素效应(KIE)和原位核磁分析揭示XB催化的量子隧道效应；3）双膦-二硒(P₂Se₂)催化剂通过分叉ChB实现β-选择性糖基化；4）六价碲(Te(VI))大环化合物动态调控S_N1/S_N2机制转换。

XB-催化糖苷化的创新路径

Codee和Huber团队最早报道XB激活糖基卤化物的化学选择性转化。Takemoto则开发出XB-硫脲协同催化体系，通过2-碘唑盐(1b)增强硫脲(1c)的HB能力，成功激活难反应的糖基三氯乙酰亚胺酯(2b)形成β-N-糖苷。Niu团队进一步利用可见光诱导的XB-自由基机制，通过糖基碘中间体实现1,2-顺式糖苷的立体收敛合成，避免了金属催化剂的使用。

ChB催化的多维调控

Wang团队开发的磷硫属化物(PCH)催化剂(1f)通过Se-O相互作用扭曲糖环构象，实现吲哚β-C-糖苷的高效合成。Te(VI)催化剂(1i)则通过同时激活供体离去基团和受体羟基，在无C-2邻基参与下仍能获得β-选择性。最具创新性的是动态大环ChB催化体系(1j)，通过浓度依赖的宿主-客体作用可逆切换S_N1/S_N2机制，实现β/α选择性的精准调控。

该研究确立了σ-空穴催化在糖化学中的范式地位：XB/ChB不仅能模拟酶的选择性识别功能，其独特的电子结构更可解锁传统催化无法实现的反应路径。未来通过开发多功能催化剂和深化机理研究，这类策略有望加速糖类药物（如抗生素、抗癌疫苗）的合成革新。正如作者强调，将ChB与磷键(PnB)等相互作用协同整合，可能成为构建复杂糖链的下一代通用平台。