在化学合成领域，尤其是对于具有生物活性的复杂分子的合成，高效且选择性的催化方法一直是研究的热点。
上海科技大学李智教授团队在这一领域取得了显著的进展，他们通过X@RONa催化的氧化还原链反应，成功快速合成了异戊二烯醌类化合物，包括与生物相关的辅酶Q和维生素K家族化合物。这一成果不仅展示了催化合成的新途径，还为相关生物活性分子的制备提供了新的策略。
研究背景
异戊二烯醌是一类具有重要生物活性的天然产物，它们在细胞呼吸链中扮演着关键角色，并且在医药、农药等领域具有广泛的应用。传统的合成方法往往步骤繁琐、效率低下，且难以实现对化学敏感化合物的选择性合成。因此，开发一种高效、简便的合成方法是该领域的一个重大挑战。
研究进展
李智教授团队利用阴离子封装的醇钠团簇分子X@RONa作为催化剂，实现了从母体醌和聚异戊二烯卤化物一步制备大量化学敏感的类异戊二烯醌。该方法在30 mol%的叔癸醇作为催化剂和化学计量碱NaH的条件下进行，不仅提高了合成效率，还显著增强了对目标化合物的选择性。
通过X@RONa催化的氧化还原链反应快速获得异戊二烯醌
（来源J. Am. Chem. Soc.）
X@RONa在碱性条件下催化氧化还原链式反应
（来源J. Am. Chem. Soc.）
催化剂结构
（来源J. Am. Chem. Soc.）
通过表征技术、控制实验和理论研究了X@RONa团簇和可能的团簇衍生中间体。X@RONa簇可能通过阻止O-烷基化、促进卤化物从烷基链上解离以及将氢化物输送到非极性溶剂中，促进了C-烷基化步骤。
该策略：1) 使用廉价烷基醇钠和氯化钠等盐类可获得结构复杂精巧的内嵌阴离子的动态笼状醇钠团簇X@RONa，并用于高效催化许多重要的新化学反应。2) 利用碱催化剂增强对苯二酚在链增长阶段的Friedel−Crafts反应，加快对苯二酚酯的烷基化反应，克服了传统酸催化体系的局限性。3) 机理实验和计算表明X@RONa团簇分子可通过抑制烷氧基化进程，促进卤代烯丙基试剂卤原子的解离，以及氢负离子到非极性溶剂中迁移历程，进而实现烷基化反应。
研究亮点
- 创新的催化剂设计：该团队设计的X@RONa团簇分子催化剂，通过封装卤素阴离子，显著提高了催化效率和选择性。
- 高效的合成策略：通过X@RONa催化的氧化还原链反应，实现了一步合成异戊二烯醌类化合物，大大简化了合成步骤。
- 机理的深入理解：通过一系列的表征技术、控制实验和理论研究，揭示了X@RONa团簇分子在催化过程中的作用机制，包括阻止O-烷基化、促进卤化物解离以及氢负离子的迁移。
- 广泛的应用前景：该方法不仅适用于合成辅酶Q和维生素K家族化合物，还为其他异戊二烯醌类化合物的合成提供了可能。
研究意义
李智教授团队的这一突破性研究，为异戊二烯醌类化合物的合成提供了新的途径，展示了催化合成在复杂分子合成中的潜力。我们期待这一研究成果能够在未来得到更广泛的应用，并在相关领域产生重要影响。
文献信息
文献标题：Rapid Access to Isoprenoid Quinones through X@RONa-Catalyzed Redox Chain Reaction
作者：Zining Zhang, Huanchao Gu, Dun-Xu Cao, ang Zhi Li*
发表期刊：Journal of the American Chemical Society
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c10470
关于作者
上海科技大学李智教授2006年本科毕业于中国科学技术大学，2011年博士毕业于美国芝加哥大学，导师Hisashi Yamamoto教授；随后在美国西北大学Tobin Marks课题组进行博士后研究，2015年入职上海科技大学物质科学与技术学院，现任长聘副教授、博士生导师。李智教授曾获国家高层次青年人才、Thieme Chemistry Journal Award、中国科学院教学成果二等奖等荣誉。李智教授的研究方向是面向绿色化学合成的路易斯酸催化、醇钠团簇化学、有机废弃物和可再生资源转化等前沿方向。
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