近日，我院王斌教授课题组在化学领域权威期刊《美国化学会志》发表题为“Catalytic Asymmetric cis-Dihydroxylation of Quinones Enabled by a Functional Mimic of Rieske Dioxygenases”的研究论文（J. Am. Chem. Soc. 2026, https://doi.org/10.1021/jacs.5c20048）。该研究模仿自然界金属酶的催化机制，首次实现了非血红素锰配合物催化醌类化合物的不对称顺式双羟化反应，为手性邻二醇类化合物的高效合成提供了绿色新策略。

科学背景：重要的合成难题

手性顺式-1,2-二醇是许多具有重要生物活性的II型聚酮天然产物和临床药物分子中的关键结构单元（图1A），其立体化学精确性直接影响药理活性。在众多合成策略中，烯烃的不对称顺式双羟化反应是最直接、原子经济性最高的途径。经典的Sharpless不对称双羟化反应虽已广泛应用于富电子烯烃，但对于醌类化合物这类电子缺乏的烯烃，传统OsO4或RuO4催化体系难以实现有效的不对称诱导（图1B）。

具体而言，1,4-醌类底物面临四大挑战（图1C）：（1）共轭二烯酮结构导致C=C双键反应活性低；（2）平面结构对称性强，手性识别困难；（3）α-C−H产物易发生差向异构化；（4）邻二醇产物对逆羟醛裂解敏感。此外，贵金属Os、Ru催化剂的使用也带来环境和可持续性方面的考量。

图1. 研究背景及工作设想（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

仿生思路：向大自然寻找答案

我院王斌课题组长期致力于仿生催化研究——一门融合化学与生物学的交叉学科，旨在分子水平上模拟金属酶的催化功能。团队聚焦仿生催化氧化领域，围绕绿色催化与精准合成的核心科学问题，在仿生催化烯烃不对称双羟化与仿生催化C(sp3)−H氧化活化两个方向取得了系统性的研究成果（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 11432; J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 27626; J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 5456; CCS Chem. 2022, 4, 2369; ACS Catal. 2022, 12, 6756）。

研究团队将目光投向了自然界中一类独特的非血红素铁酶——Rieske双加氧酶。这类酶能够在温和条件下高效催化芳香化合物和烯烃C=C双键的顺式双羟化反应（图1D），其活性中心为单核非血红素铁，通过高亲电性的高价金属-氧物种实现底物氧化。受自然界Rieske双加氧酶的启发，研究团队设计了一种仿生非血红素锰配合物，结构解析表明，该配合物呈现C₂对称的cis-α八面体配位构型，两个配位点与Rieske双加氧酶的催化铁中心具有高度结构相似性。以绿色环保的双氧水（H₂O₂）或烷基过氧化氢为氧化剂，成功实现了醌类化合物的不对称顺式双羟化反应（图1E）。该体系在温和条件下表现出优异的化学选择性、区域选择性和对映选择性（高达99% ee），且完全非对映选择性控制。值得一提的是，这是首次将烷基过氧化氢用作顺式双羟化反应的氧化剂，拓展了氧化剂的选择范围。

机理突破：揭示催化奥秘

研究进一步揭示了反应机理：无论使用何种氧化剂，高亲电性的HO−Mn^V=O均是关键的活性顺式双羟化中间体（图1E），其生成路径随氧化剂不同而有所差异。这一发现深化了对仿生催化体系的理解，为传统Os、Ru等重金属试剂提供了实用且绿色的替代方案。

该研究得到了国家自然科学基金和山东省高层次人才计划等项目的资助。论文第一作者为我院在读博士研究生郑世鑫。

撰稿：勾志明、丁泽宁         编辑：白雪飞         编审：于龙泉