非共价作用是超分子化学的核心，理解和运用新型非共价作用对于构建功能超分子体系，实现高效、高选择性的识别与转化具有重要意义。阴离子–π作用作为一种新型非共价作用，自本世纪初被人们所认识，并逐渐引起广泛关注。能否利用阴离子–π作用作为一种驱动力进行反应设计以实现有效的催化转化，令人期待。有别于经典的“位点活化”模式，阴离子–π活化利用一个大的芳香表面容纳、稳定反应组分和过渡态，具有灵活动态的特点，但如何实现有效的活化特别是选择性控制非常具有挑战。

在科技部、中国科学院和国家自然科学基金委的支持下，化学研究所分子识别与功能实验室王其强团队近年来一直致力于分子识别与超分子催化方面的研究，在挑战性的阴离子识别（J. Am. Chem. Soc.2022,144,6180-6184、2022,144,16767-16772）、氙气识别（Nature Commun.2020,11,6257；J. Am. Chem. Soc.2022,144,22884-22889）等方面取得了一系列进展，并以协同识别为导向，发展了抗衡阴离子捕获、底物诱导组装和协同阴离子–π催化策略，实现了高效、高选择性的超分子催化转化（Angew. Chem. Int. Ed.2020,59, 2623-2627、2020,59, 10894-10898、2021,60, 20650-20655；CCS Chem.2024,6, 1876-1884；Acc. Chem. Res.2024,57, 3227-3240）。

近期，该团队在前期工作基础上，进一步发展了协同阴离子–π催化设计策略，实现了对重要官能团羰基的活化，利用缺电性分子笼空腔促进协同阴离子–π活化，实现了酸酐的高选择性去对称化反应。研究团队在获得的晶体结构中发现，丙酮分子可以同时与两个缺电子的三嗪π面形成孤对电子–π结合，DFT计算进一步显示酸酐化合物可以通过协同孤对电子–π作用结合在分子笼缺电性V-形空腔中，相关的核磁滴定、质谱研究佐证了这一结合模式。受此启发，他们以该分子笼为核心骨架，通过引入手性胺侧基提供亲核活化和手性环境，设想在过渡态中形成更为有利的协同阴离子–π作用，实现对酸酐的有效活化与选择性控制。通过一步反应高效合成了一系列连接金鸡纳碱侧基的手性分子笼，将其应用于催化甲醇对戊二酸酐的去对称化醇解反应，对一系列底物获得了几乎定量的转化和高达94% ee的对映选择性。控制实验、质谱监测、底物结合研究、Michaelis−Menten分析和理论计算等一系列研究表明，分子笼缺电性V-形空腔通过提供协同阴离子–π作用稳定过渡态，在反应活化与选择性控制上发挥了关键作用。这项工作揭示了阴离子–π活化的潜力，为发展新型非共价作用驱动的高效选择性催化提供了启示。相关研究工作近期发表在J. Am. Chem. Soc.2025,10.1021/jacs.4c15978，第一作者为博士生岳铭森，通讯作者为王其强研究员。

协同阴离子–π催化酸酐去对称化反应

使用中心设备: 800兆赫兹液体核磁谱仪

参与者：王立霞

核心贡献：利用新技术Adequate促进了复杂体系的精准结构解析

分子识别与功能实验室

2025年1月17日