Nature Chem.：南科大谭斌组实现不对称有机催化芳基碳氢官能团化

轴手性联芳基化合物广泛存在于天然产物及生物活性分子中，也是一类十分重要的手性配体或催化剂。由于这类结构的重要性，催化不对称构建联芳基化合物吸引了科研工作者的广泛关注，并在近几年取得了快速发展。已报道的构筑轴手性联芳基结构的方法包括不对称（氧化）偶联、不对称构建其中一个芳环、去对称化、动力学拆分等。过去几十年基于金属催化的碳-氢键活化在芳烃官能化方面取得了深远发展，为联芳基化合物的构建提供了一种直接有效的途径，但目前通过此方法实现不对称合成联芳基化合物还大多局限于手性辅基的参与，仅有几例催化不对称氧化偶联报道。另一种常见的芳基官能团化策略即芳香亲电取代反应。这是一类基本的有机化学反应类型，即以芳烃作为亲核试剂，实现许多重要的化学转化如硝化、卤化、磺化、酰基化、烷基化等。 有机催化作为不对称催化的重要分支，在过去近二十年取得了令人瞩目的成就，基于共价、氢键、离子作用原理设计的催化剂种类多样，各类高效的催化反应在不对称构建复杂分子骨架方面也显示出了强大的优势。但相对于金属催化，有机小分子在惰性碳氢键（C-H）的官能化方面有着天然的局限性，因此，关于有机小分子催化实现芳烃C-H的不对称官能化方面是一个公认的科学难题，这在国际上的研究也是一片空白。

谭斌课题组logo

近年来，谭斌教授课题组在有机催化构建轴手性化合物领域取得了一系列的研究成果。如利用双酸催化策略，通过简单1,4-二羰基化合物与芳胺发生 Paal-Knorr 反应高效不对称构建轴手性芳基吡咯骨架化合 物（ J. Am. Chem. Soc., 2017 , 139, 1714 ）；利用手性布朗斯特酸作为催化剂，以简单的邻氨基苯甲酰胺衍生物为原料，实现了结构多样的轴手性 3- 芳基喹唑啉酮的不对称合成 （ Nat. Commun. , 2017 , 8, 15489 ）；另外，在手性二级胺的催化下实现了 1,3- 二酮、丙二腈类亲核试剂与 2- 位取代的苯乙炔醛的反应，首次高效地合成了具有苯乙烯骨架的轴手性化合物 ( Nat.Commun. , 2017 , 8 , 15238 ) 。

基于课题组在小分子催化构建轴手性化合物方面的研究基础，我们大胆设想如何利用有机小分子催化实现直接芳烃与芳烃之间的不对称反应，简单直接的获得手性联芳基轴手性化合物。实现这一挑战性的难题，需回答三个方面的问题：1、选取何种反应机理作为反应设计基础？2、反应底物的设计需符合哪些条件？3、如何有效地实现反应的立体控制？

该研究以形式上的芳香亲核取代为反应设计基础，通过在芳烃上引入偶氮基团作为导向和活化基团， 利用手性磷酸催化的形式上的芳基C-H官能团化策略， 与吲哚亲核试剂发生不对称芳香亲核反应， 极具创造力的完成了邻苯胺芳基和芳基吲哚轴手性骨架的手性控制 。通过改变吲哚2、3位取代基样式，可高效获得不同结构的轴手性芳基吲哚化合物及含相邻季碳中心的吡咯吲哚啉产物。

图1. 芳基碳氢官能团化。

图2. 最初的优化结果

图3. 通过改变吲哚2、3位取代基样式得到三种不同结构的产物。

(a) 轴手性吲哚 - 芳基化合物。 (b) 轴手性吲哚 - 苯胺化合物。 (c) 含相邻季碳中心手性吡咯吲哚啉化合物。

图4. 反应机理。

上述研究成果充分表明，基于有机催化实现形式上的芳烃 C-H 的不对称官能化是可行的，打破了之前芳烃 C-H 官能化必须金属参与的传统观念。通过对底物的设计和催化剂条件的调控，基于芳香亲核取代反应的立体化学问题可以得到很好的解决，构建结构丰富的轴手性化合物。 相信在相关研究领域基于这一反应模式将很快涌现出更多的研究成果。 有机催化作为不对称催化的重要分支之一，再次表现出其强大的生命力，相信会掀起新一轮的研究热潮。

谭斌，博士生导师，南方科技大学化学系副主任，国家“青年千人计划”和深圳市海外高层次人才“孔雀计划”入选者。 2005 年硕士毕业于 厦门大学 化学系。 2006年开始在新加坡 南洋理工大学 化学与生物化学系钟国富教授的指导下从事新型手性有机催化剂的设计及不对称多米诺反应的研究，于2010 年3月获得博士学位。2010年3月至2012 年9月，有幸在有机小分子催化领域的发源地之一 美国斯克普斯研究所 （The Scripps Research Institute），师从Barbas教授继续在此领域从事博士后研究。2012年9月加入南方科技大学化学系。到目前为止，在核心骨架结构导向的催化不对称合成及有机催化不对称多组分反应领域已经发表包括 Nature Chem. 2篇 、 Nature Commun. 4 篇、 J. Am. Chem. Soc. 7 篇、 Angew. Chem. Int. Ed. 10 篇在内的60多篇国外核心期刊SCI检索论文。总被引超过3000次。

奋战在有机合成研究前沿  追逐科技新时代

——国家“青年千人计划”入选者谭斌

事业发展，人才为先。采取积极措施吸引或留置海外人才是世界主要发达国家和新兴发展中国家壮大本国人才队伍的通行做法，也是在较短时间内突破技术瓶颈，提升科研水平的一条宝贵经验。随着国家“青年千人计划”项目的实施，一大批在科研领域具有发展潜力的优秀青年人才选择回国，为中国科技、产业的跨越式发展提供支撑。谭斌，就是中组部第四批“青年千人计划“入选者。

谭斌的研究方向是不对称催化，自在新加坡南洋理工大学攻读博士开始他就专注于核心骨架结构导向的有机催化不对称合成、现代催化体系和绿色合成全新方法的开发、手性药物的开发和天然产物的策略全合成等领域的研究。此后，有幸在世界顶级研究所-斯克普斯研究所，师从有机催化的开创者-Barbas教授，从事博士后研究。对整个领域有全面的了解并且形成了自己独特的思维。在美国短短的两年多时间里，以第一作者身份在国际顶级期刊发表5篇高水平研究论文，创造了属于自己的神话！

2012 年9月，他怀揣着中国高等教育改革的梦想和对深圳这片改革热土的憧憬，放弃了以教授博导身份加入国内前五大学的机会，毅然决然地以副教授身份加入了南方科技大学，期待在南科大续写自己的神话。

在科研工作方面，谭斌积极关注学术发展的前沿动态，努力提高自己科研能力和业务水平。从2013年7月份，他开始独立科研工作，不仅积累了丰富的研究经验还取得了多项创新性成果，在国际顶级期刊《自然化学》发表1篇、《德国应用化学》发表8篇、在《美国化学会志》发表5篇以及在《自然通讯》发表4篇高水平研究论文。在核心骨架导向的催化不对称合成和轴手性化合物不对称构建研究领域取得的重要进展。为催化剂和配体的开发提供源头的支持，为新策略的探索提供原始创新，也为重大药物的绿色制备和活性先导化合物的开发奠定了的基础。可以说为推动南科大向国际化高水平研究型大学的迈进做出了实实在在的贡献。

除了科研工作，谭斌对于教学事业也兢兢业业，不辞辛劳。他积极参与学校各阶段、各方面的建设工作。在教学方面，他结合国外多年的求学经验思考培养创新型人才的策略，努力探索研究型教学。在谭斌的悉心指导下，有些本科学生以合作者的身份发表了国际高水平的研究论文，申请到了南方科技大学大学生创新创业训练计划立项项目，开始独立的科研工作。“可以毫不夸张的说，有些学生的科研水平已经不亚于一般学校的硕士研究生。”谭斌在采访中充满自信地说，“我正在以国外的教学经验培养自己的学生，希望他们从本科开始就逐渐开始掌握科研的方法，未来我将不遗余力推进南方科技大学的科研和教学工作，让它早日成为中国的斯坦福、加州理工。”

谭斌作为一名青年科学家，拥有着年轻人的激情和梦想，从踏上归途进入南方科技大学那一刻开始，他就把自己的命运与学校向国际化高水平研究型大学发展的目标、与推进中国科学技术发展的理念、与为我国培养高素质科技人才的梦想紧紧链接在一起。我们也期待，在充满挑战和机遇、在科技和商业领域高速发展的中国改革之都深圳，谭斌和他的团队一起将在南方科技大学开启一个科技创新的崭新时代。

最后，他特别感谢南科大提供的世界一流平台和南科大神级校长--陈十一院士对他的大力支持，他还设计了一个logo用于感谢“Shiyi fund”。