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在不對稱C-H鍵活化領域，半三明治型手性環戊二烯金屬催化劑（CpM）是最為高效的催化劑之一，但與之結構密切相關的手性茚金屬催化劑（IndM）卻鮮有報道。究其原因，可能是由于開發適用于不對稱C-H鍵活化的手性IndM催化劑存在很大挑戰。設計手性Cp配體的常用策略是將Cp基團與各種C₂對稱的手性骨架相連，所得的配體因結構具C₂對稱性，在與金屬絡合時可避免立體異構體的產生。然而，此策略并不適用于設計手性茚配體，因為制得的1，2-取代的茚配體不具有C₂對稱性，這可能是導致手性茚催化劑長期以來發展受阻的重要原因。目前在不對稱C-H鍵活化領域，僅有兩種手性茚金屬催化劑見諸報道（圖一，a）。第一種是Blakey課題組報導的平面手性茚銠催化劑（I），能有效催化烯烴烯丙位C-H鍵的不對稱酰胺化反應（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 13996）。但該催化劑的制備需要使用制備型高效液相色譜或手性拆分劑對茚銠絡合物進行手性拆分，存在制備成本高昂、制備規模受限和催化劑庫搭建困難等局限。第二種是Loginov課題組報道的由(?)-α-pinene衍生的手性茚銠催化劑（II），可催化不對稱碳氫活化合成手性氫化異喹啉酮，獲得中等的對映選擇性（Org. Lett. 2023, 25, 8906）。該催化劑可修飾性差（文章中僅合成了一種結構），難以應對多變的不對稱催化反應需求。

圖一、 研究背景與汪君課題組的工作（圖片來自Angew. Chem. Int. Ed.）

中山大學汪君課題組長期致力于開發手性芳香性p配體及其金屬催化劑。在手性Cp配體/催化劑方面，相繼報道了手性二茂鐵骨架Cp配體（Chem. Eur. J. 2020, 26, 14546）、手性[2.2.2]橋環Cp配體（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 22436）、四甲基螺環Cp配體（Org. Lett. 2023, 25, 3823）和兩類平面手性CpRh催化劑（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202201522；ACS Catal. 2023, 13, 10468）。此外，還開發了手性苯配體及其苯釕催化劑，包括[2.2]對環番面手性芳烴釕催化劑（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202204926）和H₈-BINOL衍生的軸手性苯釕催化劑（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202405782），并在手性苯釕催化不對稱碳氫活化領域取得了開創性成果。近來，針對前述的手性茚金屬催化劑長期存在的困難與挑戰，他們巧妙地設計了一類合成簡便、結構易于修飾改造（合成了13種）、使用方便、效果優秀的手性[2.2]環番茚配體（圖一，b）。該茚配體雖然是非C₂-對稱性的，但因結構特點，其與金屬絡合時可立體專一性地反應在位阻小的一面，生成單一的茚銠絡合物，從而有效避免了合成手性茚絡合物時通常難以克服和應對的非對映異構體分離純化難題，不僅使催化劑的制備省時省力，且最大程度減少了貴金屬的浪費。研究表明，該類環番茚銠催化劑具有優秀的催化性能，以優秀的收率和對映選擇性實現了兩種不對稱碳氫活化反應，成功合成了一系列手性二氫異喹啉酮（高達97% yield，高達98% ee）和軸手性異香豆素（高達99% yield，高達94% ee）。

綜上，汪君課題組開發的環番茚配體及金屬催化劑合成簡便、可修飾性強，應可廣泛用于更多不對稱碳氫活化反應和其它類型的不對稱催化反應。該研究成果近日發表于Angew. Chem. Int. Ed.，論文第一作者為中山大學化學學院博士后郭偉聰，通訊作者為中山大學化學學院汪君教授。