导语
催化剂通过协调共价和非共价相互作用的网络来精确调节反应性和立体选择性，从而驱动不对称转化。离子对催化是基于离子相互作用的固有强度和长距离特性而发展起来的，具有高催化效率和广泛适用性。长期以来，手性阳离子催化剂一直是该领域的核心（图1），但其共轭阴离子的关键作用历来被忽视。在过去的15年里，陈俊丰（Tan Choon-hong）教授团队开发了一类N-sp²杂化胍手性阳离子对催化剂，在对映选择反应中得到了广泛应用。
近日，浙江工业大学叶欣艺教授联合新加坡国家科学院陈俊丰教授在Accounts of Chemical Research杂志上发表题为“The Role of Anions in Guanidinium-Catalyzed Chiral Cation Ion Pair Catalysis”的综述论文（DOI: 10.1021/acs.accounts.5c00283），提出了针对离子对催化体系中阴离子作用的新见解，揭示了阴离子分别作为底物、试剂和助催化剂的作用，如何在广泛的有机转化中有策略地利用，以实现显著的对映体选择性。
图1. 手性阳离子对催化剂的发展（图源：Accounts of Chemical Research）
科研成果
当作为底物时，阴离子如亚磺酸盐、硫代羧酸盐和叠氮化物通过与手性胍基团的离子配对而具有反应性（图2）。该策略促进了去对称化过程，例如亚硫酸盐转化为对映富集的亚硫酸盐酯、通过顺序SN2和酰基转移步骤实现顺式二溴环己酮的远程去对称化。
图2. 阴离子作为底物反应概述（图源：Accounts of Chemical Research）
从机理上讲，亲卤素SN2X途径（例如，在空间受阻的叔碳上的硫代羧酸取代）绕过了传统的空间限制（图3），而通过叠氮取代的外消旋溴化物的动态动力学拆分强调了离子交换和界面动力学的相互作用。
图3. Pentanidium催化的亲核取代——阴离子作为底物（图源：Accounts of Chemical Research）
由化学计量试剂原位生成的阴离子产生高活性中间体，如烯醇酸酯、硫酸盐和高价硅酸盐，与手性阳离子形成离子对，从而实现对映选择性转化。例如，烯醇化物通过SN2X机制（正面攻击）取代叔溴化物，绕过位阻（图4）。磺胺类化合物的硫烷基化反应产生手性亚砜胺，而氟离子激活的酰基硅烷通过五配位硅酸盐进行Brook式重排。被氟化物激活的硅氢化物形成氢化硅酸盐，使对映选择性共轭还原色素和香豆素。在Pd催化的脱羧烯丙基烷基化反应中，α-氰基碳离子进一步证明了离子配对的多功能性，并将其扩展到协同催化体系，其中DMAP生成的亲核试剂通过动态阳离子交换活化实现对映选择性磷酸-迈克尔加成（图5）。
图4. 烯醇化物SN2X反应——阴离子作为中间体（图源：Accounts of Chemical Research）
图5. 涉及阴离子中间体的反应概述（图源：Accounts of Chemical Research）
无机阴离子作为助催化剂的利用进一步扩大了手性阳离子离子对催化的范围（图6）。过氧钨酸盐阴离子与手性阳离子协同作用，实现烯丙胺的环氧化，而过钼酸盐促进叔胺的N-氧化，具有高对映选择性。除了无机体系，有机阴离子也作为有效的助催化剂（图7）。值得注意的是，预形成的PN-吡啶-磺酰胺离子对已被证明可以高效地催化对映选择性Steglich重排。该策略扩展到双胍磺化-膦/Pd离子对催化，实现了Morita-Baylis-Hillman底物烯丙基胺化的立体控制。
图6. 阴离子助催化剂反应概述（图源：Accounts of Chemical Research）
图7. Pentanidium和吡啶基磺酰胺离子对作为 Steglich 重排的对映选择性有机催化剂（图源：Accounts of Chemical Research）
胍类手性阳离子对催化剂的探索和开发促进了不对称催化的发展。PN和BG已高效应用于多种不对称催化反应，包括对映选择性加成、烷基化、氧化和重排等。催化剂与各种阴离子形成稳定离子对，使立体选择性和反应效率得以精确控制。这些工作强调了胍类催化剂在拓展手性阳离子对领域方面的多功能性和潜力。本文系统地描述了负离子在胍离子对催化中的不同作用：（1）阴离子作为底物；（2）化学计量试剂产生的阴离子中间体；（3）阴离子作为助催化剂。强调了新的机制见解和合成应用，为通过精确控制离子相互作用进一步推进不对称催化铺平了道路，未来的研究应着重于了解反阴离子的作用以及离子-离子相互作用的不同模式。
鸣谢
上述工作感谢中国国家重点研发项目（2023YFA1506403）的财政支持，感谢新加坡教育部（MOE-T2EP10221-0004, C.-H. T.）和南洋理工大学的资助（RG85/23, C.-H. T.）。