C(sp3)-H键直接对映选择性氧化的方法将彻底改变手性醇及其衍生物的制备。
酶催化利用关键的金属-氧物种来促进有效的氢原子提取，已发展成为生物系统中C-H氧化的高度选择性方法。
尽管它很有效，但在仿生催化剂中再现这种功能并实现高立体选择性已被证明是一项艰巨的任务。
2025年1月8日，中科院上海有机化学研究所️刘国生研究员、香港科技大学️林振阳教授在国际顶级期刊️Nature Catalysis发表题为《Site- and enantioselective allylic and propargylic C-H oxidation enabled by copper-based biomimetic catalysis》的研究论文，️张洪刚、博士生周弋渤、杨题隆为论文共同第一作者，️刘国生研究员、林振阳教授为论文共同通讯作者。
️刘国生，中国科学院上海有机化学研究所研究员，国家杰青（2012），科技部中青年科技创新领军人才（2016），万人计划科技创新领军人才（2018）。1995年本科毕业于南京理工大学，1999年硕士毕业于中国科学院大连化学物理研究所（导师：郑卓研究员），2002年在中国科学院上海有机化学研究所获得博士学位（导师：陆熙炎院士）。2003-2005年在Lehigh University作Visiting Scientist（Prof.Li. Jia），2005-2007年在University of Wisconsin-Madison任Postdoctoral fellow（导师：Prof. Shannon S. Stahl），2007年加入中国科学院上海有机化学研究所。
刘国生的研究领域为：1.过渡金属催化的高选择性反应研究；2.C-H 键活化及官能化；3.C-F键形成及其相关反应；4.反应机理研究；5.新型可降解高分子材料的合成。
️林振阳，香港科技大学化学系教授。博士毕业于牛津大学。
林振阳教授的研究兴趣为理论和计算无机化学：无机、有机金属、无机簇和固态系统的结构、键合和计算机建模，催化剂和其他有用材料设计中的理论发展和应用。
在这里，作者提出了一种铜基仿生催化系统，以C-H底物作为限制试剂，实现高效的不对称sp3 C-H氧化。Cu(II)结合的叔丁氧基自由基负责位点选择性C-H键断裂，类似于铜基酶的C-H氧化活性位点。
该方法已成功实现，具有良好的官能团相容性和极高的位点选择性和对映选择性，适用于生物活性化合物的后期氧化。
️图1：高选择性sp3 C-H氧化
️图2：以C-H底物为限量试剂的选择性sp3 C-H氧化的初步结果
️图3：CH3CN和CF3CH2OH中反应的机理研究
️图4：计算分析
️图5：位点和对映选择性C-H氧化的底物范围
综上，作者介绍了一种Cu基仿生催化体系，实现了高效的不对称sp3 C-H氧化反应，具有优异的位点选择性和对映选择性，为手性醇及其衍生物的合成提供了新方法。
该研究不仅克服了传统K-S反应中效率和选择性低的难题，还为后续探索不对称C–H键功能化奠定了基础。
其为手性醇及其衍生物的合成提供了一种新方法，简化了合成路线，提高了合成效率和选择性，有助于降低生产成本和环境影响。未来有望应用于天然产物和药物的后期功能化，为手性化合物的合成提供新思路，推动有机合成化学和药物化学的发展。
Zhang, H., Zhou, Y., Yang, T. et al. Site- and enantioselective allylic and propargylic C-H oxidation enabled by copper-based biomimetic catalysis. Nat. Catal. (️2025).https://doi.org/10.1038/s41929-024-01276-4.
