氫原子轉移(Hydrogen Atom Transfer,HAT),在化學和生物領域中是一種很基本的反應,也是藥物合成領域中的重要反應。科學家雖然可以透過光催化來控制這類反應,但要在這個過程中實現立體選擇性卻非常困難。過去雖然已有許多關於氫原子轉移的研究案例,但大部分都集中在氫原子如何被轉移至某個特定位置,以及如何根據電子或立體效應來選擇氫原子的來源。對於如何進行立體選擇性的氫原子轉移,目前的研究非常有限。過往的研究大致可分為兩個方向,第一個方向是控制氫原子傳遞(HAD,hydrogen atom delivery),也就是在掌性環境中,控制氫原子如何精準地轉移到已生成的自由基上。這個方向已經有重大突破,例如Hyster利用黃素依賴的酶在生物催化領域取得成功,而Miller和Knowles則開發了有效的多肽類硫醇催化劑。第二個方向是氫原子抽取(HAA,hydrogen atom abstraction),也就是以不對稱的方式從分子中抽取氫原子。然而,目前還沒有找到合適的掌性催化劑來進行這類反應。
近日,英國劍橋大學的研究團隊,成功開發出一種掌性氫原子抽取催化劑。他們從天然的金雀花科生物鹼(Cinchona alkaloid)出發,將其改造成帶有掌性胺結構的催化劑。在實驗中,這個催化劑經過單電子氧化後,能夠選擇性地抽取meso-二醇其中一個碳上氫原子,使其形成自由基,接著這個自由基又會從非掌性的硫醇分子獲得新的氫原子,最終將meso-二醇轉化為具有99%光學純度的非對映異構物。研究團隊發現,這個方法不僅適用於環狀的1,2-二醇,還能成功應用在非環狀的1,2-二醇和1,3-二醇上。他們還進一步證實這個反應可以和Giese加成反應結合,實現碳-碳鍵的形成,為有機化學家提供一個全新的立體選擇性合成工具。