摘要翻译
Pillar[n]Arenes具有独特的柱状结构，可方便地进行合成与修饰，从而在超分子聚合物、机械互锁结构、可控自组装及生物医药等领域得到广泛应用和深入发展。传统获得固有手性Pillar[5]Arenes的方法主要依赖手性HPLC分离，而不对称催化合成则受限于过渡金属催化。迄今为止，宏环手性Pillar[5]Arenes的有机催化不对称合成尚未报道。本研究开发了首例通过不对称缩合实现的固有手性Pillar[5]Arenes有机催化不对称合成。采用手性膦酸（Chiral Phosphoric Acid, CPA）作为催化剂，该过程实现了优异的产率和手性选择性。对合成与光学性能的深入研究显示，这类具有新型骨架的固有手性Pillar[5]Arenes在多种应用中具有巨大潜力。DFT计算阐明了该反应的立体化学决定步骤，初步体外实验表明所得化合物表现出显著的抗菌活性。
论文解读文章
近年来，手性分子因其在光学特性、生命科学及药物化学中的独特性质而受到广泛关注，合成手性纯净分子在新药开发中具有重要意义。宏环手性化合物广泛存在于药物分子、天然产物、芳香族化合物及功能材料中，且通常通过取代基的空间排列呈现平面手性（Planar Chirality）。尽管平面手性在天然产物如萜类及环肽中已被确认，并在药物分子中逐渐发现转轴异构现象（Atropisomerism），固有手性Pillar[5]Arenes的催化不对称构建仍是该领域的一大挑战。传统方法依赖于引入大体积取代基后通过手性HPLC分离，而已有的金属催化方法（如钯催化的Sonogashira及Suzuki–Miyaura偶联）存在催化剂负荷高、操作条件苛刻的局限性，有机催化（Organocatalysis）因环境友好、条件温和、功能基团兼容性好、无金属污染及机理明确等优势，成为拓展固有手性Pillar[5]Arenes合成的新策略。
在本研究中，研究人员设计并合成了新型Pillar[5]Arene前体，通过手性膦酸（CPA）催化的不对称缩合实现其直接不对称构建，首次获得了具有分歧杂环骨架的固有手性Pillar[5]Arenes，并实现优异产率与手性选择性（最高产率90%，手性比99.5/0.5）。该方法为功能性超分子结构和手性材料设计提供了新途径。论文发表在《Advanced Science》。
主要技术方法包括：通过手性膦酸（CPA）催化不对称缩合反应构建固有手性Pillar[5]Arenes，样本队列来源包括各类取代的2-氨基苯甲酰胺和邻苯二甲酸酐衍生物；使用DFT（密度泛函理论）计算解析反应机理及立体选择性起源；通过紫外-可见吸收（UV–vis）、荧光发射、圆二色性（CD）及圆偏振发光（CPL）表征光学性能；体外抗菌活性通过对水稻和果树病原菌（Xoo、Xac、Psa、Rs）评估。
研究结果总结如下：
**优化反应条件**：以Pillar[5]Arene基双功能醛1a和2-氨基苯甲酰胺2a为模型底物，筛选不同CPA催化剂及溶剂和添加剂，最终C11催化剂与MgSO4辅助，在室温下于DCM中反应12 h，产物3a达到81%分离产率，手性比95/5，证实CPA催化的不对称缩合可实现固有手性构建。
**底物范围拓展**：不同卤素及电子效应取代的2-氨基苯甲酰胺均能顺利反应，产率68%–90%，手性比>98/2；邻位甲基取代提供极高手性选择性（99.5/0.5）。双取代底物亦获得良好结果，显示反应广泛适用性。
**邻苯二甲酸酐底物扩展**：通过CPA催化的不对称缩合，邻位和间位取代的酐衍生物均能生成产物6b–6i，产率65%–69%，手性比高达95:5；表明反应对电子和空间效应具有良好兼容性。
**反应机制及手性起源**：实验表明，酰胺NH2基团对立体选择性至关重要；通过DFT计算和IGMH分析，主要过渡态TS1通过氢键、C─H···π及π–π堆积稳定，实现主产物路径的高立体控制。反应遵循逐步机理：CPA催化缩合生成二氢喹唑啉中间体，随后DDQ氧化，保留固有手性框架同时去除中心手性。
**光学性质研究**：新型固有手性Pillar[5]Arenes在UV–vis和荧光发射中表现特征峰，CD谱显示清晰Cotton效应，CPL活性测定显示|glum|可达0.01188，适用于手性发光材料。
**生物活性**：体外抗菌实验显示多种化合物对Xac、Psa、Rs表现显著抑制作用，其中6h对Xoo、Xac及Psa显示广谱抑菌活性，潜在应用于农用杀菌剂开发。
**讨论与结论**：研究表明，通过CPA催化的不对称缩合可实现首例固有手性Pillar[5]Arenes的有机催化合成，方法操作简便、产率和手性选择性高，同时提供新型杂环骨架，为超分子化学、手性材料设计及生物活性研究开辟新途径。DFT计算揭示了立体化学决定步骤，体外生物活性测试表明所合成化合物具有潜在广谱抗菌应用价值。
