Atropisomerer är en klass av stereoisomerer (kemiska föreningar som skiljer sig åt i rumsliga arrangemang av atomer) som härrör från begränsad rotation runt en enda bindning och har olika tillämpningar inom kemi. Hittills, mest forskning om atropisomerer har fokuserat på "biaryl atropisomerer" (på grund av rotationsbegränsningen kring en kol-kolbindning), men det är också möjligt för atropisomerer att uppstå från rotationsrestriktioner kring en kväve-kol (N-C) bindning. Dessa N-C axiellt kirala föreningar finns i olika naturprodukter och bioaktiva föreningar och har därmed lovande tillämpningar inom medicin och jordbruk. Vidare, dessa är kända för att vara användbara som kirala byggstenar och kirala ligander.

Självklart, innan forskare kan dra nytta av sådana applikationer, de behöver utveckla en genomförbar metod för att syntetisera den. "Även om ett antal bioaktiva föreningar och naturprodukter som har en axiellt kirurgiskt N-C-system nyligen har hittats, ingen effektiv syntetisk metod var känd, "konstaterar professor Osamu Kitagawa från Shibaura Institute of Technology (SIT), Japan. För att lösa detta problem, Professor Kitagawa och hans team har under de senaste decennierna utvecklat effektiva metoder för syntes av N-C axiellt kirala föreningar. I en tidning som nyligen publicerades i Räkenskaper för kemisk forskning , Prof Kitagawa sammanfattar sitt lags prestationer sedan 2002.

År 2001, Professor Kitagawas grupp började undersöka en aldrig tidigare försökt katalytisk asymmetrisk syntes av orto-tert-butylanilider och andra N-C axiellt kirala föreningar. Under 2005, de fann att reaktion av achirala sekundära orto-tert-butylanilider med 4-jodonitrobensen i närvaro av en kiral palladium (Pd) katalysator (katalytisk enantioselektiv aromatisk amination) resulterade i den mycket enantioselektiva (asymmetriska) syntesen av NC axiellt kiral N-arylerad orto- tert-butylanilider. De experimenterade därefter med att anpassa denna intermolekylära N-aryleringsreaktion för användning i intramolekylära reaktioner, och deras ansträngningar ledde till syntesen av föreningar som kallas "N-C axiellt kirala laktamer" (som hade höga optiska renheter). Viktigt, dessa reaktioner representerade de första enantioselektiva synteserna av N-C axiellt kirala föreningar med en kiral katalysator.

Utredarna fortsatte sitt arbete med att använda kirala Pd-katalyserade intramolekylära N-arylationer för att uppnå de enantioselektiva synteserna av N-C axiellt kiralt kinolin-4-on och fenantridin-6-onderivat. De använde också olika kirala Pd-katalyserade reaktioner för att framställa optiskt aktiva N-C axiellt kirala föreningar som kallas N- (2-tert-butylfenyl) indoler, 3- (2-bromfenyl) kinazolin-4-oner, och N- (2-tert-butylfenyl) sulfonamider. Prof Kitagawas forskning har lett till en framgångsrik syntes av potentiellt användbara föreningar, såsom en N-C axiellt kiral mebroqualone som fungerar som en agonist för specifika receptorer som finns i hjärnan, kallas "GABA -receptorer" (och har potentiella terapeutiska egenskaper).

Faktiskt, sedan 2005, den enantioselektiva syntesen av N-C axiellt kirala föreningar har blivit ett ämne av stort intresse för kemister utanför professor Kitagawas forskargrupp. Till exempel, litteraturen om syntes av axiellt kirala anilider med katalytiska enantioselektiva aromatiska aminationer går tillbaka till 2005, med en forskningsartikel av professor Kitagawas team, men sedan dess, andra forskargrupper har publicerat mer än 70 originalartiklar om mycket enantioselektiv syntes av olika N-C-axiellt kirala föreningar med användning av kirala katalysatorer. Ytterligare, lagets papper från 2010 om den katalytiska enantioselektiva syntesen av N-C axiellt kirala indoler representerade ett viktigt bidrag till utvecklingen av axiellt kiral indolkemi, och olika forskargrupper har sedan utvecklat katalytiska asymmetriska synteser för olika indolderivat som inkluderar en C-C kiral axel eller en N-C kiral axel. Professor Kitagawa själv ser sitt laboratories arbete ha viktiga tillämpningar på "syntesen av optiskt aktiva läkemedelsföreningar och naturprodukter med N-C axiell kiralitet."

Sammanfattningsvis, Professor Kitagawas forskargrupp har lyckats utveckla katalytiska enantioselektiva synteser av N-C axiellt kirala föreningar. Detta arbete har inspirerat andra forskargrupper att göra ytterligare bidrag inom samma område och har lett till fungerande syntetiska vägar för bioaktiva föreningar med potentiellt medicinskt värde. Prof Kitagawa förutspår att den katalytiska asymmetriska syntesen av N-C axiellt kirala föreningar kommer att fortsätta att uppmärksamma, tack vare den potentiella användningen av sådana föreningar inom ett brett spektrum av områden.