贵州大学首次在有机硒不对称合成上取得重要进展：为筛选更具选择性与开发潜力的除草剂先导结构提供新路径

近日，贵州大学绿色农药全国农药重点实验室硕士生李莎作为第一作者，宋润江教授、宋宝安院士和金智超教授作为共同通讯作者，在国际知名学术期刊《Science China Chemistry》(IF=10.7)上发表了一篇题为“Isothiourea-catalyzed dynamic kinetic resolution of α-arylselenocarboxylic acids for discovering chiral herbicides with better crop safety”的论文。团队提出异硫脲催化的动态动力学分辨（DKR）策略，将α-芳基硒代羧酸转化为高对映选择性的α-芳基硒代羧酸酯，所得目标分子产率高达95%，对映体比为96:4。值得注意的是，这些产物α-芳基硒代羧酸酯可以高效地转化为相应的手性α-芳基硒代羧酸，且在转化过程中没有光学纯度的损失。本研究提供了一条实用的不对称合成路线，为手性除草剂农药的开发提供了新的方向。

近年来，C–Se 键不对称构建已取得一系列进展，但高对映选择性α-芳基硒代羧酸的合成仍具挑战。传统方法多依赖芳基硒醇与手性2-氯丙酸的SN2反应（图1c），催化不对称合成策略仍有待完善。为此，该研究团队发展了异硫脲催化的动态动力学分辨（DKR）反应，用于高效制备高对映选择性的α-芳基硒代羧酸酯（图1d）。

图1 研究背景与课题设计

作者以消旋的2-（苯硒基）丙酸（±）-1a和二（萘-1-基）甲醇2a作为模型底物进行条件优化。通过系统筛选发现，催化剂E可使目标产物3a以83%的收率、92:8的对映体比（e.r.）获得。进一步对碱、溶剂等条件进行优化后确定，以四氢呋喃（THF）作为反应溶剂时，3a的收率可提高至95%，对映体比提升至96:4（e.r.）。

表1 反应条件筛选

在优化条件下，研究团队进一步拓展了反应的底物范围（图2）。结果显示，该方法具有良好的通用性：无论底物芳环上带有吸电子还是给电子取代基（3a–3p），抑或为多取代底物（3q–3s），均能顺利反应并获得42%–95%的产率，同时保持良好至优异的对映选择性。值得一提的是，含萘基取代的底物同样表现稳定，可制备产物3t和3u；当α-位取代基由甲基拓展为乙基、丙基或异丙基时，对应产物3v–3x仍能以较高效率和良好对映选择性获得，进一步体现了该策略的底物兼容性与应用潜力。

图2 底物拓展

利用（R）-构型的催化剂E，研究团队制备了（R）-3s 和（R）-3r；随后在TFA（三氟乙酸）介导的条件下，对（R）-3s、（R）-3r、（S）-3s和（S）-3r进行水解，分别得到相应的羧酸（R）-1s、（R）-1r、（S）-1s和（S）-1r。

图3 产物的水解

在除草活性评价中，研究团队采用培养皿试验，在250、200、150、100和50 μg/mL等不同浓度下对马齿苋（P. herba）和反枝苋（A. retroflexus）开展种子发芽抑制测试。结果显示，所有化合物均对两种杂草表现出抑制作用，其中（R）-1r和（R）-1s的整体活性与商业除草剂相当。引人注意的是，（R）-1r在50 μg/mL的低剂量条件下仍能实现92%的抑制率，对马齿苋的防效优于商业对照，展现出良好的应用潜力。

图4 生物活性测试

在作物安全性评估中，研究团队以大豆为非靶标模型开展种子发芽与幼苗生长试验。结果显示，商业除草剂DCPP和MCPP在较低浓度下即可明显抑制大豆发芽；相比之下，硒代类似物1s与1r显著降低植物毒性，并在12.5–100 mg/L范围内呈现促进发芽及幼苗生长的趋势。进一步在温室盆栽试验（250 g ai/ha）中，DCPP和MCPP处理的棉花出现倒伏、叶片卷曲、黄化、矮化等典型药害，并引发番茄明显生长异常；而（S）-1s、（R）-1s、（S）-1r和（R）-1r处理组几乎未见可见损伤，体现出更好的作物安全性与应用潜力。

图5 安全性评估

该研究围绕“方法学创新—先导分子获取—生物学验证”的思路，系统建立了异硫脲催化动态动力学分辨（DKR）策略，实现了α-芳基硒代羧酸酯的对映选择性合成。该反应条件优化充分，底物适用性较广且具备良好的可扩展性，为相关手性有机硒化合物的高效制备提供了可靠工具。更重要的是，研究进一步将该策略用于构建商业除草剂DCPP和MCPP的硒基类似物，并通过生物学评估验证其应用潜力：所获得的硒类似物对反枝苋（A. retroflexus）和马齿苋（P. herba）表现出与商业对应物相当的除草活性，同时在作物安全性方面表现更优。整体而言，该研究不仅拓展了有机硒不对称合成的方法体系，也为筛选更具选择性与开发潜力的除草剂先导结构提供了新路径。

本研究获得国家自然科学基金重点项目(32330087)以及贵州省重大科技成果转化项目【（2024) 007】

原文链接：

https://doi.org/10.1007/s11426-025-3322-x