一把塵封了130多年的“舊鑰匙”，被北京大學(xué)藥學(xué)院/天然藥物及仿生藥物全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室焦寧教授團(tuán)隊(duì)“拾起”，意外打開了一道困擾世界化學(xué)界長達(dá)160余年的“鎖”。這項(xiàng)關(guān)于如何將廉價(jià)“烯烴”高效轉(zhuǎn)化為高價(jià)值“炔烴”的原創(chuàng)性研究，今天凌晨在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。
文章發(fā)表截圖
焦寧介紹，烯烴與炔烴，是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的兩塊基石。從烯烴聚合、硼氫化反應(yīng)、烯烴復(fù)分解到點(diǎn)擊化學(xué)，相關(guān)突破多次獲得諾貝爾化學(xué)獎，足見其科學(xué)與應(yīng)用價(jià)值。從塑料到藥品，它們無處不在。然而，這“兄弟倆”的命運(yùn)卻天差地別：烯烴來源豐富，價(jià)格低廉；炔烴種類稀少，身價(jià)不菲。如果能將儲量豐富的折線形烯烴“拉直”為直線型的炔烴，無異于點(diǎn)石成金。
這個(gè)念頭，化學(xué)家們琢磨了160多年。早在1861年，著名“馬氏規(guī)則”提出者——俄國化學(xué)家馬爾科夫尼科夫就首次嘗試解決這一問題。但他的方法需要高溫和強(qiáng)堿，條件太過苛刻，兼容性也不好。此后一個(gè)多世紀(jì)，全球科學(xué)家無數(shù)探索都無功而返，這道難題仿佛被歲月塵封。
焦寧團(tuán)隊(duì)合影
焦寧團(tuán)隊(duì)的思路，跳出了前人的框框。他們沒有像過去160年里的同行那樣，執(zhí)著于使用鹵素試劑，而是把目光投向了一個(gè)化學(xué)數(shù)據(jù)庫里的“老古董”——一種名為“硒蒽”的含硒雜環(huán)分子。這種化合物誕生于1894年，但在長達(dá)130多年的歷史里，合成化學(xué)家們對它鮮有問津，幾乎只是個(gè)躺在目錄里的名字，從未被真正用于合成反應(yīng)。
這枚積滿歷史塵埃的“舊鑰匙”，能行嗎？
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，“硒蒽”自身雖不能直接與烯烴反應(yīng)，但通過他們獨(dú)創(chuàng)的“級聯(lián)活化”策略，竟展現(xiàn)出驚人的雙重天賦。一方面，它能精準(zhǔn)地“貼”上烯烴，完成加成；另一方面，在溫和條件下，它又能瀟灑地“功成身退”，完成消除。一加一減之間，彎折的烯烴被高效地“拉直”成了炔烴。
焦寧教授
“整個(gè)過程，不再是過去那種摧枯拉朽式的強(qiáng)攻，而是一場精巧、溫和的化學(xué)手術(shù)?！苯箤幷f，正因條件溫和，這套新方法展現(xiàn)出驚人的包容性。過去無法耐受高溫強(qiáng)堿的敏感基團(tuán)，如今都能安然無恙。無論是反式、順式還是末端的烯烴，都能順利轉(zhuǎn)化?！斑@意味著一大批廉價(jià)易得的商品化或天然來源的烯烴，都可以變身為結(jié)構(gòu)多樣的高價(jià)炔烴，為新藥研發(fā)提供了源源不斷的‘積木’?！?/p>
更有趣的是，通過深入解析反應(yīng)機(jī)制，團(tuán)隊(duì)還能像玩魔方一樣，精準(zhǔn)地操控分子的立體構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)順式和反式異構(gòu)體之間的互相轉(zhuǎn)化，甚至是分選。這在此前是難以想象的。該方法不僅拓寬了炔烴的合成路徑，更為釋放炔烴結(jié)構(gòu)多樣性化學(xué)的應(yīng)用潛力奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。它有望優(yōu)化部分精細(xì)化學(xué)品的供給結(jié)構(gòu)，降低對復(fù)雜合成路徑的依賴，為醫(yī)藥、農(nóng)藥、材料等領(lǐng)域提供更豐富、更具經(jīng)濟(jì)性的炔烴來源。
光明日報(bào)全媒體記者晉浩天
