项目名称

物理有机化学导向的有机催化研究

提名奖项和等级

奖项：自然科学奖

等级：二等奖

主要完成单位

南开大学、物质绿色创造与制造海河实验室

主要完成人

李鑫，程津培，薛小松，杨琛，李遥，章炜

提名单位

物质绿色创造与制造海河实验室

项目简介

有机催化，自本世纪初以来，已经迅速崛起为继金属催化之后的重要合成方法学领域。2021年10月6日，德国科学家Benjamin List与美国科学家David MacMillan因其在不对称有机催化发展上的杰出贡献，荣获诺贝尔化学奖，标志着有机催化在二十多年来的蓬勃发展以及其在现代合成化学中的重要地位。由此而发展的许多小分子催化剂，凸显了结构简单便于修饰、反应条件温和等特点，但亦存在催化剂体系基础参数缺失和催化反应构效关系规律不明确、催化反应机理研究滞后脱节等久攻未克的突出问题，致使其发展遇到瓶颈。当前有机催化研究高度依赖于“试错（trail-error）”模式，如何打破传统，开拓有机催化的理性设计便成为该领域研究的核心内容。项目团队针对以上问题，利用物理有机化学思维和工具，深入系统地探究有机催化中效率和选择性的调控规律，助力该领域的理性研究。

项目团队发展的催化剂酸度测定和计算方法已成为该领域获得催化剂酸度的标准方法，被学界广泛使用，所获新催化剂实现了多个生物活性分子的高效催化合成，为手性药物的制备提供技术支持，相应工作获诺贝尔化学奖得主Benjamin List教授的评述，研究成果被JACS副主编Sigman教授在相关综述中作为亮点工作介绍。在JACS、Angew、Nat. Commun.等刊物上发表论文80余篇，论文SCI他引3000余次。授权国家发明专利5件。承担完成科研项目10项。

发现点/发明点/创新点

（1）基础参数调控规律指导的催化体系设计。针对传统手性磷酸催化剂酸度较弱、活性低的问题，在已有大量手性质子酸酸度数据和调控规律的基础上，开发了一种硼辅助的手性磷酸强酸催化体系。该体系不仅扩大了酸度范围，还引入了多种弱相互作用，从而显著提高了催化反应效率，并增强了对映选择性的控制，实现了多个烯烃参与的挑战性不对称催化反应。

（2）线性自由能关系分析指导的催化体系设计。针对有机催化体系中结构、活性与对映选择性之间复杂的关系问题，首次将物理有机化学的经典研究方法——线性自由能关系引入有机催化领域。通过建立催化体系基础参数与反应活性、立体选择性之间的线性自由能关系，突破了传统构效关系规律的研究模式，并基于此设计新催化剂、精准预测选择性。

（3）催化反应机理研究指导的催化体系设计。针对有机催化反应机理研究滞后所带来的规律发现难题，通过理论计算深入分析过渡态和中间体的结构与能量，从而揭示选择性的来源，并深入理解催化反应的本质，利用机理信息设计高效催化体系。

编号

论文（专著）名称

刊名

作者

年卷页码

1

Mechanism and Selectivity of Bioinspired Cinchona Alkaloid Derivatives Catalyzed Asymmetric Olefin Isomerization: A Computational Study

J. Am. Chem. Soc.

Xiao-Song Xue, Xin Li, Ao Yu, Chen Yang, Chan Song, and Jin-Pei Cheng

2013, 135,

7462-7473

2

PhosphoricAcid Catalyzed Asymmetric 1,6-Conjugate Addition of Thioacetic Acid topara-Quinone Methides

Angew. Chem. Int. Ed.

Nan Dong, Zhi-Pei Zhang, Xiao-Song Xue, Xin Li, and Jin-Pei Cheng

2016, 55,

1460-1464

3

Asymmetric Conjugate Addition of Benzofuran-2-ones to Alkyl 2-Phthalimidoacrylates: Modeling Structure–Stereoselectivity Relationships with Steric and Electronic Parameters

Angew. Chem. Int. Ed.

Chen Yang, En-Ge Zhang, Xin Li, and Jin-Pei Cheng

2016, 55,

6506-6510

4

Atroposelective Catalytic Asymmetric Allylic Alkylation Reaction for Axially Chiral Anilides with Achiral Morita?Baylis?Hillman Carbonates

J. Am. Chem. Soc.

Shou-Lei Li, Chen Yang, Quan Wu, Han-Liang Zheng, Xin Li, and Jin-Pei Cheng

2018, 140，*****-*****

5

B(C₆F₅)₃/Chiral Phosphoric Acid Catalyzed Ketimine–Ene Reaction of 2-Aryl-3H-indol-3-ones and α-Methylstyrenes

Angew. Chem. Int. Ed.

Qing-Xia Zhang, Yao Li, Jie Wang, Chen Yang, Cheng-Jun Liu, Xin Li, and Jin-Pei Cheng

2020, 59,

4550-4556

6

Direct C–H difluoromethylation of heterocycles via organic photoredox catalysis

Nat. Commun.

Wei Zhang, Xin-Xin Xiang, Junyi Chen, Chen Yang, Yu-Liang Pan, Jin-Pei Cheng, Qingbin Meng, and Xin Li

2020, 11, 638

7

Catalytic Asymmetric Aza-Diels–Alder Reaction of Ketimines and Unactivated Dienes

Angew. Chem. Int. Ed.

Qun Zhao, Yao Li, Qing-Xia Zhang, Jin-Pei Cheng, and Xin Li

2021, 60,

*****-*****

8

Enantioselective synthesis of chiral quinohelicenes through sequential organocatalyzed Povarov reaction and oxidative aromatization

Nat. Commun.

Chengwen Li, Ying-Bo Shao, XiGao, Zhiyuan Ren, Chenhao Guo, MengLi, and Xin Li

2023, 14, 3380

编号

知识产权类别

知识产权

具体名称

国家

（地区）

授权号

权利人

发明人

1

发明专利

胸苷衍生物及其制备方法和用途

中国

ZL201*****3752.0

南开大学

李鑫、章炜、孟庆斌、项炘欣、陈俊屹

2

发明专利

不对称铋催化体系及其制备方法和应用

中国

ZL201*****7894.5

南开大学

王杰、李鑫

3

发明专利

手性色满前体的制备方法

中国

ZL202*****8612.8

南开大学

李鑫、谭红霞、刘子羽、徐大振、王伟龙

4

发明专利

脱水串联反应合成手性烯丙基甘氨酸衍生物的方法

中国

ZL202*****3016.7

南开大学

李鑫、王思然、谭红霞、刘子羽、徐大振

5

发明专利

氧化串联反应合成手性烯丙基甘氨酸衍生物的方法

中国

ZL202*****8599.2

南开大学

李鑫、王思然、王伟龙，徐大振、刘子羽