“多远才算远？”：弱非共价作用主导了由钌酞菁催化剂催化的环丙烷化反应，该反应发生在带有远程（R）-BINOL取代基的化合物上，并表现出对对映体的选择性

《Journal of Catalysis》：How far is far? Weak noncovalent interactions govern enantioselective cyclopropanation catalyzed by ruthenium phthalocyanine with remote ( R)-BINOL substituents

该研究合成了一种具有双(R-二苯基环辛四烯氧基)桥连的 Ruthenium phthalocyanine 复合物，并用于环丙烷化反应，表现出高立体选择性和低催化剂负载量（0.02?mol%）。密度泛函理论计算和量子理论原子间分子分析证实，即使手性基团远离催化中心，刚性腔体结构仍能通过非共价相互作用调控过渡态，实现高效不对称诱导，其中 tert-丁基取代的 diazoacetate 酰氯使 trans/cis 比例达499:1，ee值达83%。

　　这项研究围绕一种新型的不对称催化体系展开，该体系基于一个结构独特的双（R-联萘氧基）桥联的钌（II）酞菁配合物。酞菁类化合物因其独特的电子结构和良好的催化性能，在有机化学中具有广泛的应用。然而，传统的酞菁催化剂在不对称催化反应中表现受限，主要原因是其外围的不对称取代基通常距离金属活性中心较远，难以有效诱导产物的立体选择性。为了解决这一问题，研究团队设计并合成了一种新型的结构，通过引入联萘（BNP）基团作为不对称诱导单元，成功构建了一个具有定向作用的刚性立体环境。

该配合物的合成过程采用了一种四步法，最终得到的产物是一个具有高度对称性的双（R-联萘氧基）桥联的钌（II）酞菁化合物。其结构特点在于，联萘氧基作为两个立体诱导单元，通过桥联方式连接在酞菁环的两侧。这种设计不仅使得不对称诱导单元保持在特定的空间位置，还通过刚性结构减少了其在反应过程中的自由度，从而提高了反应的可控性。研究团队还通过多种实验手段对合成产物进行了详细表征，包括核磁共振（NMR）、质谱（MS）和X射线晶体学分析，确认了其结构的正确性和纯度。

在催化性能方面，该配合物被用于不对称环丙烷化反应，具体是对一系列芳香族烯烃与叠氮酯的反应。研究发现，即使不对称诱导单元距离金属活性中心较远，该配合物仍能表现出显著的立体选择性。这在实验中得到了验证，例如在使用乙基叠氮乙酸酯（EDA）作为反应物时，产物的（S,S）-环丙烷衍生物的对映体过量（ee）值为27%，而当改用体积更大的叔丁基叠氮乙酸酯（tBuDA）时，ee值显著提升至71%，同时（trans/cis）比例也从6:1提升至49:1。这一结果表明，配合物的立体选择性不仅依赖于诱导单元的类型，还与其在反应体系中的空间分布和相互作用密切相关。

进一步的研究表明，使用不同取代的芳香族烯烃作为底物时，该配合物也能实现极高的（trans/cis）比例（最高达499:1）和较高的ee值（最高达83%）。这说明该催化剂不仅适用于特定的底物，还具有广泛的底物适用性。值得注意的是，所有反应均在极低的催化剂负载量（0.02 mol%）下完成，这表明该体系具有高度的催化效率，能够以较少的催化剂用量实现高效的不对称合成。

为了深入理解该催化剂的不对称诱导机制，研究团队采用密度泛函理论（DFT）进行了详细的计算模拟。计算结果表明，该反应的立体选择性可以被准确地预测，并且揭示了产物（S,S）-环丙烷衍生物的优先形成是由于过渡态结构的稳定性所决定。通过非共价相互作用分析（基于量子原子分子理论，QTAIM）和能量分解分析（ETS-NOCV），研究发现弱相互作用在稳定过渡态中发挥了关键作用。这些相互作用包括氢键（CH…π）和π-π堆积效应，它们有助于引导反应沿着特定的立体路径进行，从而实现高选择性的产物生成。

此外，研究团队还探讨了联萘基团在酞菁体系中的作用。与传统的联萘基团相比，该配合物中的联萘氧基结构具有更佳的刚性和定向能力。联萘基团的引入不仅提供了不对称诱导的潜力，还通过其独特的几何构型影响了反应物的取向。这种设计使得反应物能够以特定的方式接近催化剂的活性中心，从而提高了反应的效率和选择性。值得注意的是，联萘基团在酞菁平面的垂直方向上排列，形成了一个类似于“立体腔”的结构，这种结构对于引导反应路径至关重要。

在实际应用中，该催化剂表现出优异的催化性能，特别是在低负载量条件下仍能保持高效的反应活性。这种特性对于工业催化过程具有重要意义，因为它意味着在实际生产中可以大幅减少催化剂的使用量，从而降低成本并提高反应的经济性。同时，这种高效的不对称催化体系也为其他类型的不对称反应提供了新的思路和方法。

研究团队还指出，虽然联萘基团在酞菁结构中具有较高的合成可行性，但其在不对称催化中的应用仍面临一定的挑战。首先，联萘基团的合成过程需要精确的条件控制，以确保最终产物的纯度和结构一致性。其次，由于联萘基团的体积较大，其在反应过程中可能会对反应物的取向产生一定的干扰，从而影响反应的效率和选择性。因此，如何在保持联萘基团不对称诱导能力的同时，优化其空间分布和相互作用，是未来研究的一个重要方向。

从更广泛的角度来看，该研究不仅拓展了酞菁类催化剂在不对称催化中的应用范围，还为设计新型不对称催化剂提供了理论依据和实验支持。通过合理设计催化剂的结构，可以有效提高其不对称诱导能力，即使在诱导单元远离活性中心的情况下，也能实现高效的立体选择性。这种设计思路对于开发其他类型的不对称催化体系具有重要的借鉴意义。

总的来说，这项研究展示了一种新型的不对称催化体系，其通过引入双（R-联萘氧基）桥联结构，成功构建了一个具有定向作用的刚性立体环境。该体系不仅表现出优异的催化性能，还能够实现高选择性的产物生成。研究结果表明，合理的结构设计是实现高效不对称催化的关键，而联萘基团作为高效的不对称诱导单元，具有广阔的应用前景。未来的研究可以进一步探索该催化剂在其他类型不对称反应中的表现，并尝试优化其结构以提高催化效率和选择性。