大阪大學產業科學研究所的滝澤忍教授、Mohamed S.H. Salem特任助教（常勤）、Muthu Karuppasamy招聘研究員（JSPS外國人特別研究員）等人組成的研究團隊，通過將釩觸媒與光（LED照射）相結合，開發出了使2-萘酚與2-萘胺之間僅發生氧化性不對稱交叉偶合反應的新型反應方法。利用該方法可高效製備對醫藥資源供應具有重要價值的有機分子化合物——NOBIN。該反應的最高產率可達95%，鏡像異構體比達到90:10，表現出較高水準，作為一種環境負荷低的合成法而受到關注。利用光激活分子的有機合成兼具節能與高度安全性，本次成果有望進一步加速下一代催化性不對稱合成研究。相關論文已發表在《ACS Catalysis》上，並被選為Supplementary Cover。
圖1 手性釩觸媒與光的協同活化實現2-萘酚與2-萘胺衍生物的不對稱交叉偶合反應（供圖：大阪大學）
不對稱有機化合物（如同左手與右手呈鏡像關係的有機分子）在醫藥、農藥、香料、食品等眾多產業領域中發揮著重要作用。其中，軸手性的NOBIN，與作為BINAP配體原料的BINOL，以及應用於不對稱有機分子觸媒及聚合體材料的BINAM一樣，是有機合成化學與不對稱合成領域不可或缺的化合物。
要想直接合成NOBIN分子，利用金屬觸媒進行氧化性不對稱交叉偶聯被視為最有力的方法之一，但這一過程存在副反應（如自偶聯），會產生大量廢棄物，對環境不夠友好，同時由於受副反應影響，不得不向反應中投入過量原料，降低了生產效率等問題。
自1990年代以來，全球的研究人員都一直在探索能夠克服這些問題，並以高鏡像異構體比合成NOBIN的方法，但同時實現高生產性、環境友好性以及高不對稱催化活性，此前一直未能實現。
在本次研究中，研究團隊巧妙地將釩觸媒與光這兩種要素結合使用。釩觸媒能夠將2-萘酚專一地轉化為自由基物質，另一方面，在氧氣環境下對2-萘胺進行LED照射，會生成電荷轉移錯合物，隨後高效轉化為陽離子自由基。兩類自由基通過協同結合，僅生成NOBIN衍生物。
與既往方法不同，此次研究的方法的一大特點是原料可按1:1投入。此外，由於採用的是LED光這種低能量光源，環境負荷較小，被視為一種可持續的合成手段。研究團隊在多種條件下對反應進行了驗證，明確了最優溶劑與LED光的詳細條件。最終，與傳統方法相比，副反應得到了大幅抑制，僅目標分子即可被高產率地合成。
滝澤教授表示：「本成果為化學合成開闢了新的路徑。今後有望應用於更複雜的分子與醫藥候選物的合成。此外，將光與金屬觸媒結合的‘協同催化’理念，今後也將作為契合可持續社會需求的化學流程而得到更廣泛的發展。此次由大阪大學產業科學研究所發起的研究，突破了基礎化學的框架，將成為邁向環境友好型未來社會的重要一步。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：ACS Catalysis
論文：Enantioselective Heterocoupling of 2-Naphthylamines with 2-Naphthol Derivatives via Cooperative Photoactivation and Chiral Vanadium(V) Catalysis
DOI：10.1021/acscatal.5c05038
