近日，中国科学院大连化学物理研究所仿生催化合成研究组研究员陈庆安团队在非天然手性环状单萜构建研究方面取得新进展。该团队基于仿生催化理念，凭借廉价Ni金属催化剂，利用大位阻手性氮杂环卡宾配体，高效合成了一系列非天然手性环状单萜及其衍生物。
萜类化合物是一类广泛存在于生物体内并具有异戊二烯单元的天然产物。萜类化合物具有重要的生理活性，它的合成与转化是生物体内重要的代谢途径之一。
在生物合成中，这些成千上万的萜类化合物大部分均衍生于两个C5合成砌块——异戊烯基焦磷酸（IPP）和二甲烯丙基焦磷酸（DMAPP）。这两个C5单元可以相互耦合成焦磷酸香叶酯（GPP），然后在酶催化下通过环化、重排或偶联等反应，生成多样性的开链或环状萜类化合物。单萜及其衍生物作为最具代表性萜类化合物之一，在制药、化妆品、农业和食品行业等应用广泛。
作为廉价易得的大宗化学品，异戊二烯的高附加值转化是学术界和工业界关注的焦点，且在理论上是高原子经济性构建单萜的理想前体。由于异戊二烯共轭双键具有的相似的电子效应和位阻效应，使反应的区域选择性和立体选择性难以有效控制。此前研究表明，异戊二烯的直接氢官能化比亲核二聚反应更易实现，使得反应的化学选择性调控更加困难。目前，关于异戊二烯合成单萜的研究局限于非手性非环状单萜的报道。
本研究中，科研团队受到单萜化合物生物合成的启发，发展出新颖的镍催化异戊二烯的不对称杂芳基化环化催化体系。由廉价金属镍和手性大位阻卡宾配体组成的催化体系，实现了一系列非天然单萜衍生物高产率、高区域选择性以及高立体选择性合成。机理研究表明，该反应首先在镍催化下通过异戊二烯自身二聚，形成手性环状单萜中间体。
随后，通过镍催化的sp2 C-H键烷基化，实现一系列含有季碳手性中心的非天然环状单萜衍生物的高效构建。此外，当将异戊二烯替换为更长链的单萜、倍半萜以及二萜类似物时，反应也能很好地兼容，进一步证明了该反应策略的普适性。