利用立体电子效应来控制化学反应性和立体选择性具有悠久的历史。异头碳效应作为有机化学中经典的立体电子效应之一，描述了当异头连接基团是电负性元素时，吡喃糖中异头碳上的取代基倾向于占据直立键，而非立体位阻更具优势的平伏键。目前，大多数实验和理论研究都集中在氧族和卤族元素上，并且异头碳效应的起源一直是学术界争论的焦点，导致了对过渡金属在异头碳处的立体构象偏向以及这些相互作用在立体选择性合成中的作用知之甚少。 

       鉴于过渡金属催化的糖基化反应的快速发展，迫切需要一套更全面的糖化学理论指导。朱峰副教授和美国科罗拉多大学博尔德分校Maciej Walczak教授合作通过密度泛函理论（DFT）对过渡金属配合物（M-CH2-OR）的立体构象偏向进行了能量分析，提出了“金属异头碳效应（Metallo-Anomeric Effect）”新概念。研究表明过渡金属配合物在杂环体系的异头碳位置的立体构象同样倾向于占据直立键，而非立体位阻上更具优势的平伏键（图2），相关研究成果发表于国际顶级化学期刊《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 15127）。在R.Lemieux于1958年首次报道立体电子效应的60多年后，金属异头碳效应的提出不仅完善了经典异头碳效应理论，而且填补了立体电子效应在过渡金属配合物的研究空白，为立体选择性糖基化和不对称催化反应的设计与优化提供了理论基础。基于该理论的重要性，金属异头碳效应已被维基百科https://en.wikipedia.org/?curid=3901787收录。

       近日，该成果入选了《美国化学会志》（Journal of American Chemical Society，简称JACS）“Virtual Issue of Outstanding Work Published in 2020 by Early Career Investigators”特选论文集。该论文集为JACS的年度选集，从前一年发表在JACS期刊上的科研论文中选出，旨在突出全球范围内各化学分支领域中，由处于科研早期阶段的“年轻”课题组(独立工作7-8年以内）所完成的重要研究发现。

       2020年，JACS共发表了2000余篇论文；最终，27篇重点论文入选了该文集， “Stereochemistry of Transition Metal Complexes Controlled by the Metallo-Anomeric Effect”是 DFT理论计算领域的唯一入选论文。 

       JACS副主编，澳大利亚国立大学Michelle Coote教授如是评价这项工作的重要性：化学家依靠简单、通用的结构-反应性规则来预测和控制化学反应的结果。 异头效应就是这样一个概念，它描述了环己烷环内杂原子相邻的杂原子取代基倾向于直立键而不是立体位阻较少的平伏键。Zhu 和 Walczak 的这篇论文将该概念更进一步完善，介绍并解释了“金属异头效应”，即过渡金属键倾向与相邻氧原子的孤对电子成反式共平面。 这篇概念重要的论文将为含 O- 和 N- 分子的立体选择性有机金属转化的未来发展提供信息。 

Chemists rely on simple, generalisable structure-reactivity rules to predict and control the outcome of chemical reactions. One such concept is the anomeric effect, which describes the tendency for heteroatomic substituents adjacent to a heteroatom within a cyclohexane ring to prefer the axial orientation instead of the less hindered equatorial orientation. This paper by Zhu and Walczak takes this concept one step further, introducing and explaining the "metallo-anomeric effect", the preference for a bond to a transition metal to be antiperiplanar to a lone pair of an adjacent oxygen atom. This conceptually important paper will inform the future development of stereoselective organometallic transformations of O- and N-containing molecules. 

--Michelle Coote