全息科学 26-03-29 14:07

中国科学家唤醒尘封130年试剂,打开了化学界160年的铁锁!

3月17日凌晨,北京大学药学院焦宁教授课题组在《自然》期刊在线发表了一项震动全球化学界的成果。

他们用一种诞生于1894年、此后130余年几乎无人问津的含硒试剂,实现了有机合成史上最顽固的难题之一:温和高效将廉价烯烃直接高效转化为高价值炔烃。
这一突破为医药、材料等领域的分子合成提供了全新、低成本的路径。

烯烃和炔烃,是现代有机化学的两块基石。前者来源丰富,价格低廉,是煤化工和石油化工的大宗产品;后者结构精密,反应性强,广泛用于药物、农药和功能材料的合成。

如果说烯烃是"折线形"的分子骨架,炔烃就是被拉直的"直线形"结构。

这两者之间,差的不只是形状,更是合成效率与成本的天壤之别。自1861年化学家首次尝试这一转化以来,传统方法无一例外依赖高温、强碱或强氧化剂,就像"用大锤砸核桃",极易损伤分子中那些娇贵的功能基团,对复杂药物中间体几乎束手无策。

从煤炭到疗法的重大突破:中国科学家打开了化学界160年的铁锁!

160年来,全球无数实验室为此折腾过,始终没有找到一条既温和又高效的路。
焦宁团队的突破口,在于彻底放弃了这条走了160年的老路。

过去的方案,几乎都围绕卤素试剂打转。焦宁团队另辟蹊径,回到科学文献的深处,翻出了一个诞生于1894年、名叫"硒蒽"的分子。这个含硒杂环分子在问世后的130多年里,几乎没有合成化学家将它用于真正的反应,更没有人想到它藏着破解这道难题的钥匙。

硒蒽的关键在于它的双重性格:在团队设计的"级联活化"策略下,它能精准识别并活化烯烃,将其构型"拉直",完成向炔烃的转化;一旦反应结束,它又能以原形释放,不残留、不消耗,还可以回收重复使用。

简单说,它既是反应的推手,又是反应后的"全身而退者"。

这套方法在弱碱温和条件下操作,产率高达80%至90%,且对各类敏感基团展现出极强的兼容性。

卤代烷、氨基、醛基、叠氮基等众多"娇气"基团,在这套方法下都安然无恙。顺式烯烃、反式烯烃、末端烯烃,统统可以顺利转化,适用范围之广,在此前已知方法中几乎找不到先例。

更令人兴奋的是,团队还利用反应中间体,发展出一套立体选择性策略,可以实现烯烃顺式与反式异构体的互相转化,甚至能从混合异构体中精准"筛选"出目标结构。这种精度,对药物合成意味着巨大的效率提升。

焦宁将这一发现比喻为"打通了分子合成的高速公路"。医药、农药、功能材料等领域将因此共享这条路。

大量活性药物分子本身含有烯烃结构。这套方法可以对其直接进行"分子级微整形",一步构建炔烃位点,为靶向偶联、PROTAC降解剂、点击化学等前沿制药技术打开新的空间。

焦宁表示,此项研究有望优化部分精细化学品的供给结构,降低对复杂合成路径的依赖,为医药、农药等领域提供更经济高效的原料来源。

对中国化工行业来说,这一突破的战略意义同样不容小觑。中国是全球最大的煤炭生产和消费国,煤化工产出的烯烃规模巨大,价格低廉。如果这条从烯烃到炔烃的"高速公路"能够产业化落地,中国化工就能在不依赖更多石油的前提下,从低附加值的大宗原料直接切入高附加值的精细化学品赛道。

这篇论文的第一作者,是北京大学药学院2022级直博生蒙骏鸿,焦宁为通讯作者。研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金和新基石科学基金的联合支持。

160年前埋下的问题,用一瓶130年前被遗忘的试剂来解答。

科学有时候不需要全新的武器,只需要有人愿意回头,认出那把落满灰尘的旧钥匙。

发布于 浙江