近日，我校化學(xué)化工學(xué)院王斌教授課題組在化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《美國化學(xué)會志》發(fā)表題為“Catalytic Asymmetric cis-Dihydroxylation of Quinones Enabled by a Functional Mimic of Rieske Dioxygenases”的研究論文（J. Am. Chem. Soc. 2026, https://doi.org/10.1021/jacs.5c20048）。該研究模仿自然界金屬酶的催化機(jī)制，首次實(shí)現(xiàn)了非血紅素錳配合物催化醌類化合物的不對稱順式雙羥化反應(yīng)，為手性鄰二醇類化合物的高效合成提供了綠色新策略。

科學(xué)背景：重要的合成難題

手性順式-1,2-二醇是一類重要的化學(xué)結(jié)構(gòu)單元，廣泛存在于具有抗腫瘤、抗菌等生物活性的Ⅱ型聚酮天然產(chǎn)物和藥物分子中（圖1A）。不對稱順式雙羥化反應(yīng)雖是合成該類結(jié)構(gòu)最直接的途徑（圖1B），但對醌類化合物長期難以奏效。傳統(tǒng)Sharpless不對稱雙羥化等方法面臨四大瓶頸（圖1C）：醌類底物電子缺乏導(dǎo)致C=C雙鍵反應(yīng)活性低；平面結(jié)構(gòu)對稱性強(qiáng)，阻礙手性催化劑有效識別；生成的順式-1,2-二醇易發(fā)生差向異構(gòu)化；產(chǎn)物對逆羥醛裂解敏感。這一挑戰(zhàn)制約了相關(guān)天然產(chǎn)物和藥物的合成研究。

圖1. 研究背景及工作設(shè)想（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

仿生思路：向大自然尋找答案

我校王斌課題組長期致力于仿生催化研究——一門融合化學(xué)與生物學(xué)的交叉學(xué)科，旨在分子水平上模擬金屬酶的催化功能。團(tuán)隊(duì)聚焦仿生催化氧化領(lǐng)域，圍繞綠色催化與精準(zhǔn)合成的核心科學(xué)問題，在仿生催化烯烴不對稱雙羥化與仿生催化C(sp3)?H氧化活化兩個方向取得了系統(tǒng)性的研究成果（J. Am. Chem. Soc. 2025,147, 11432;J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 27626; J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 5456; CCS Chem. 2022, 4, 2369; ACS Catal. 2022, 12, 6756）。

受自然界Rieske雙加氧酶的啟發(fā)（圖1D），研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種仿生非血紅素錳配合物催化劑，以綠色環(huán)保的雙氧水（H2O2）或烷基過氧化氫為氧化劑，成功實(shí)現(xiàn)了醌類化合物的不對稱順式雙羥化反應(yīng)（圖1E）。該體系在溫和條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)選擇性、區(qū)域選擇性和對映選擇性（高達(dá)99% ee），且完全非對映選擇性控制。值得一提的是，這是首次將烷基過氧化氫用作順式雙羥化反應(yīng)的氧化劑，拓展了氧化劑的選擇范圍。

機(jī)理突破：揭示催化奧秘

研究進(jìn)一步揭示了反應(yīng)機(jī)理：無論使用何種氧化劑，高親電性的HO?MnV=O均是關(guān)鍵的活性順式雙羥化中間體（圖1E），其生成路徑隨氧化劑不同而有所差異。這一發(fā)現(xiàn)深化了對仿生催化體系的理解，為傳統(tǒng)Os、Ru等重金屬試劑提供了實(shí)用且綠色的替代方案。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金和山東省高層次人才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。論文第一作者為我?；瘜W(xué)化工學(xué)院在讀博士研究生鄭世鑫。

撰稿：勾志明、丁澤寧      編輯：劉孟頔      編審：張偉