摆姿势 |《自然-合成》十二月刊

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2023-02-10 03:02

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摆姿势

底物对接到分子动力学模拟的酶变体结构被用于指导突变设计，它通过避开产生无用对映体的结合模式来提高C–H氧化反应的对映选择性。这种酶工程方法能够选择性地氧化环状胺中未活化的C–H键，为药物发现和合成应用提供高价值的酒精产物。

Article | 具有高弯曲度交联蜂窝结构的耐压缩的环境适应性导体

Nature Synthesis

Highly compressible and environmentally adaptive conductors with high-tortuosity interconnected cellular architecture

具有高弹性、抗疲劳性和环境适应性的导电水凝胶在可穿戴电子器件、生物电子学和软体机器人等领域中颇具前景。然而，这类材料——特别是用于有机溶剂和极端温度等恶劣环境中的导电水凝胶——研发难度大。在本文中，我们通过自组装和两阶段的原位聚合过程，制备了具有混凝土增强型组成和高弯曲度互连蜂窝结构的耐压缩且抗疲劳的导电水凝胶。制得的复合材料表现出优异的机械可压缩性——在空气/水中50%应变下施加超过104次循环荷载，所产生的残余应变可忽略不计。基于结构的对拉伸形变的各向异性反应以及弹性恢复能力赋予了这种水凝胶传感性能，使其能够检测运动的方向和速度。此外，我们通过互穿亲油性聚合物网络，开发了高弹性和环境适应性的有机水凝胶，它在各种有机溶剂和低温环境下仍具备出色的传感性能。因此，这些材料或许适用于恶劣环境中的柔性可穿戴设备。

Article | 通过脂肪族C–H键活化实现共轭双烯的不对称1,2-氧化烷基化

Nature Synthesis

Asymmetric 1,2-oxidative alkylation of conjugated dienes via aliphatic C–H bond activation

原子级薄材料（ATMs）的理想特性推动了相关制备方法的发展。然而，许多多元层状和非层状ATMs的可控制备仍然十分困难。在本文中，我们设计了一种熔体辅助生长的方法。该方法能克服传统方法的限制，可重复制备金属硫族化合物、氧化物、氧卤化物和磷三硫族化合物等高质量ATMs，并且对温度和流速等生长参数有过渡金属催化与自由基化学的融合为烯烃的三组分双官能化提供了一个通用平台，以利用现有的原料构建分子复杂性。然而，直接将烃类用作sp3杂化的碳自由基前体，参与烯烃的催化对映选择性官能化仍然难以实现。在本文中，我们介绍了一种基于中性C(sp3)–H强化学键直接官能化的共轭双烯的不对称1,2-氧化烷基化，该反应通过氢原子转移和铜催化得以实现。这种方法能通过脂肪族C–H键的选择性活化来产生以碳原子为中心的自由基，这些C–H键在烃类和其他自由基前体中普遍存在。这些自由基随后与1,3-双烯反应，生成的烯丙基自由基参与铜介导的不对称C–O偶联。这份实验方案提供了一种单步骤方法，能直接用易获取的化学原料制备各种具有合成价值的烯丙酯。较高容忍度。在这种方法中，目标材料的成核和结晶遵循熔体-结晶机制，因此能够实现产物组分的精确控制。限域合成空间和动力学驱动的生长确保了ATMs的合成。我们利用这种方法成功制备出了80种原子级薄复合片，其中包括48种三元/四元化合物和23种非层状材料。此外，大尺寸单晶或连续的ATMs薄膜也可以用这种方法制备。本文提出的熔体结晶机制为制备组分精确控制的ATMs和具有奇妙物化性质的非层状材料开辟了巨大的可能性。

Article | 可见光活化推动糖基砜的脱磺酰化交叉偶联反应

Nature Synthesis

Visible light activation enables desulfonylative cross-coupling of glycosyl sulfones

识别能在温和条件下进一步活化的多官能糖残基的稳定前体，仍然是糖化学中的一个重大挑战。在本文中，我们证实，在汉斯酯（Hantzsch ester）和弱碱存在的情况下，杂芳基糖基砜在环境温度与可见光照射下与亲电体发生脱磺酰化交叉偶联反应。研究发现，光照能引发原位生成的汉斯酯-碱复合物的反应性，触发单电子转移步骤，激活砜类并产生糖基自由基，这些自由基易被用于一系列立体控制的碳-碳和碳-硫键的形成。重要的是，杂芳基糖基砜能以克级规模合成。此外，这种方法不使用催化剂和过渡金属，使各种砜供体能够转化为具有高立体化学纯度和官能团容忍度的、具有合成价值的糖苷。该方法突破了以往在范围、可扩展性和供体不稳定性等方面的限制。

Article | 自由基催化断键与成键

Nature Synthesis

Radical catalysis breaks and makes bonds

强C(sp³)–H键的可控断裂和转化仍然是有机合成中一项富有挑战的任务。在本文中，我们开发了一种结合氢原子转移与铜催化的反应设计，它可以利用脂肪族C–H键的活化实现对映选择性的烯烃双官能化。

C–H键的官能化是合成化学中的一个基本课题，已引起学术界和业界的大量关注。研究人员希望开发出一些实用方法，以在惰性C(sp³)–H键（如烷烃中的C(sp³)–H键）转化为富含对映异构体部分的过程中实现化学选择性、位点选择性和立体选择性控制，但这仍然十分困难。未活化的C(sp³)–H键固有的惰性与相似性，以及高能中间体可能的参与，使得人们难以在反应性和选择性之间取得平衡。目前为止，只有有限的几种基于铑卡宾诱导的C–H插入、酶催化和双重光催化的方法显示出较大潜力。这些反应通过有机金属或自由基介导的路径进行，反应的立体识别是通过手性催化剂的复杂设计和相配底物的选择实现的。然而目前迫切需要新的平台，以促进脂肪族C–H键的可控裂解，并在碳氢化合物单元上安装官能度和手性。

Article | 通过P450_BM3(CYP102A1)的对接引导的迭代诱变实现环状胺中未活化C–H键的对映选择性氧化

Nature Synthesis

Enantioselective oxidation of unactivated C–H bonds in cyclic amines by iterative docking-guided mutagenesis of P450_BM3 (CYP102A1)

环状胺是药物合成中的通用中间体，也是药物发现中的重要片段分子，而环状C–H键的选择性氧化是制备官能化环状胺的一种有吸引力的路径。在本文中，我们报道了一种结合底物和酶工程的方法，通过细胞色素P450_BM3 (CYP102A1)来实现氮杂环庚烷、氮杂环辛烷、7-氮杂双环[2.2.1]庚烷和8-氮杂螺[4.5]癸烷的所有未活化C–H键的对映选择性官能化。仅利用P450_BM3的48种变体，不同的N-修饰基团就在高对映选择性（对映体过量百分数高达99%）下实现了产物多样性。研究表明，底物对接到分子动力学模拟的酶变体结构可用于设计突变，以通过避开那些产生无用对映体的结合模式来提高对映选择性，并通过避开每一代10来个变体的非生产性模式来增强酶活性。通过N-叔丁氧羰基-去甲托品酮的对映选择性羟基化合成山莨菪碱，便是环状胺中远程C–H活化的一个合成应用实例。