科学家基于碳同位素辨别合成同位素阻转异构体

在化学中，如果分子或离子不能通过旋转、平移或构象变化的任何组合叠加到其镜像上，则该分子或离子被认为是手性的。手性分子或离子以两种形式存在，称为对映体，它们互为镜像;它们通常根据其绝对配置被区分为“右手”或“左手”。对映体表现出相似的物理和化学性质，除了分别与偏振光相互作用和与其他手性化合物反应时。

近年来，基于元素同位素区分的同位素手性化合物由于其新颖的性质和潜在的应用，在结构和合成有机化学、药物化学和基本反应机制中引起了极大的兴趣。基于氢/氘(H/D)区分，合成了许多具有不对称碳的光学活性同位素分子。然而，同位素阻转异构体(由于单键旋转受阻而产生的立体异构体，其中旋转的空间应变势垒足够高以允许分离构象异构体)的合成、检测和表征特别具有挑战性。迄今为止，已经报道了一些基于 H/D 歧视的此类分子。

近日，芝浦工业大学工学院应用化学系Osamu Kitakawa教授领导的研究小组成功演示了基于碳同位素辨别的同位素阻转异构体的不对称合成。他们的研究成果于 2023 年 6 月 10 日在线发表在《有机化学杂志》 上。该论文由芝浦工业大学应用化学系研究生 Ryunosuke Senda 和 Yuka Watanabe 共同撰写。

受前期合成CH 3 /CD 3 -atropisomeric quinazolin-4-one衍生物的工作( J. Org. Chem . 2022 , 87 , 13501)的启发，团队成功制备了2-乙基喹唑啉-4的两种对映体-基于邻位12 CH 3 / 13 CH 3辨别的同位素阻转异构(N-C 轴向手性)。他们通过涉及铃木-宫浦交叉偶联的不对称合成方法实现了这一壮举。“基于12 C/ 13 C 辨别合成的同位素阻转异构体是不具有旋光性的隐手性化合物，”北川教授指出。

由于研究人员无法证实上述分子中是否存在同位素阻转异构现象，他们进一步合成了具有不对称碳原子且具有同位素阻转异构现象的非对映异构体3-芳基喹唑啉-4-酮衍生物。使用1 H 和13 C 核磁共振可以清楚地区分非对映异构体(并且可以验证同位素阻转异构性) 。它们还表现出高对映体和非对映体立体化学纯度和旋转稳定性。因此，非对映体 3-芳基喹唑啉-4-酮是验证多种同位素阻转异构体的优异支架。

总而言之，这项研究的新发现必将丰富我们对同位素阻转异构体的基本理解，对有机化学和药物化学产生积极影响。“这项工作报告了第一个基于12 C/ 13 C 辨别的同位素阻转异构体，这可能会激发研究人员的学术好奇心，在基础有机化学中进行类似的研究， ”乐观的北川教授指出。