大阪大学产业科学研究所的滝泽忍教授、Mohamed S.H. Salem特任助教（常勤）、Muthu Karuppasamy招聘研究员（JSPS外国人特别研究员）等人组成的研究团队，通过将钒催化剂与光（LED照射）相结合，开发出了使2-萘酚与2-萘胺之间仅发生氧化性不对称交叉偶联反应的新型反应方法。利用该方法可高效制备对医药资源供应具有重要价值的有机分子化合物——NOBIN。该反应的最高收率可达95%，镜像异构体比达到90:10，表现出较高水准，作为一种环境负荷低的合成法而受到关注。利用光激活分子的有机合成兼具节能与高度安全性，本次成果有望进一步加速下一代催化性不对称合成研究。相关论文已发表在《ACS Catalysis》上，并被选为Supplementary Cover。
图1 手性钒催化剂与光的协同活化实现2-萘酚与2-萘胺衍生物的不对称交叉偶联反应（供图：大阪大学）
不对称有机化合物（如同左手与右手呈镜像关系的有机分子）在医药、农药、香料、食品等众多产业领域中发挥着重要作用。其中，轴手性的NOBIN，与作为BINAP配体原料的BINOL，以及应用于不对称有机分子催化剂及高分子材料的BINAM一样，是有机合成化学与不对称合成领域不可或缺的化合物。
要想直接合成NOBIN分子，利用金属催化剂进行氧化性不对称交叉偶联被视为最有力的方法之一，但这一过程存在副反应（如自偶联），会产生大量废弃物，对环境不够友好，同时由于受副反应影响，不得不向反应中投入过量原料，降低了生产效率等问题。
自1990年代以来，全球的研究人员都一直在探索能够克服这些问题，并以高镜像异构体比合成NOBIN的方法，但同时实现高生产性、环境友好性以及高不对称催化活性，此前一直未能实现。
在本次研究中，研究团队巧妙地将钒催化剂与光这两种要素结合使用。钒催化剂能够将2-萘酚专一地转化为自由基物质，另一方面，在氧气环境下对2-萘胺进行LED照射，会生成电荷转移络合物，随后高效转化为阳离子自由基。两类自由基通过协同结合，仅生成NOBIN衍生物。
与既往方法不同，此次研究的方法的一大特点是原料可按1:1投入。此外，由于采用的是LED光这种低能量光源，环境负荷较小，被视为一种可持续的合成手段。研究团队在多种条件下对反应进行了验证，明确了最优溶剂与LED光的详细条件。最终，与传统方法相比，副反应得到了大幅抑制，仅目标分子即可被高收率地合成。
滝泽教授表示：“本成果为化学合成开辟了新的路径。今后有望应用于更复杂的分子与医药候选物的合成。此外，将光与金属催化剂结合的‘协同催化’理念，今后也将作为契合可持续社会需求的化学流程而得到更广泛的发展。此次由大阪大学产业科学研究所发起的研究，突破了基础化学的框架，将成为迈向环境友好型未来社会的重要一步。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：ACS Catalysis
论文：Enantioselective Heterocoupling of 2-Naphthylamines with 2-Naphthol Derivatives via Cooperative Photoactivation and Chiral Vanadium(V) Catalysis
DOI：10.1021/acscatal.5c05038
