热点研究

「Spotlight Research」光诱导实现氮宾的Pauson-Khand型反应

作者:石油醚

本期热点研究,我们邀请到了本文第一作者来自上海师范大学的李芳老师为我们分享。

2024年2月2日,Science在线发表了来自上海师范大学肖胜雄教授团队的李芳老师题为「Photosensitization enables Pauson-Khand–type reactions with nitrenes」的研究论文。该文中,报告了利用氮宾作为N1单元的类Pauson-Khand型的环加成反应。光照条件下非共轭二烯与氮宾前体反应产生了常见饱和杂环的双环生物电子等排体,如哌啶、吗啉和哌嗪。克服了经典的Pauson-Khand反应只能用一氧化碳作为C1单元的限制。实验和计算机理研究表明具有三线态双自由基性质的氮宾是反应的关键中间体。同时,作者展示了该反应在药物化合物后期功能化和可溶性环氧化物水解酶抑制剂开发中的应用。

“Photosensitization enables Pauson-Khand–type reactions with nitrenes

Fang Li, W. Felix Zhu, Claire Empe, Oleksandr Datsenko, Adarsh Kumar, Yameng Xu, Johanna H. M. Ehrler, Iuliana Atodiresei, Stefan Knapp, Pavel K. Mykhailiuk, Ewgenij Proschak, Rene M. Koenigs*

Science, 2024, 383, 498-503. DOI: 10.1126/science.adm8095

Q1. 请对“Photosensitization enables Pauson-Khand–type reactions with nitrenes 一个简单介绍。

Pauson-Khand反应作为化学中最常见的环加成反应之一,一直是构建五元环的首选方法,它通常是在过渡金属催化剂作用下,通过分子间或分子内碳碳双键、三键和一氧化碳(CO)的[2+2+1]三组分偶联反应。尽管此方法简单、实用,但Pauson-Khand反应仅局限于用CO作为C1片段。本研究开发了一种新的类Pauson-Khand反应,拓展了其反应范围,首次利用光诱导产生的三线态氮宾作为N1单元替代C1片段,结合三线态氮宾的双自由基特性,实现了氮宾与非共轭二烯在370 nm紫光照射下的[2+2+1]环加成反应,一步构建了一系列常见饱和氮杂环的双环生物电子等排体,且展示了该反应在药物分子的后期功能化和可溶性环氧化物水解酶抑制剂开发中的应用。

Q2. 有关本次研究的时候遇到过怎样的困难呢?又是怎样克服的呢

在进行本次研究过程中,最大的挑战是在底物扩展中对化合物的分离提纯工作。由于一些饱和的环状化合物荧光特性较弱,且产物的极性和副产物相似,导致项目刚开始时在分离提纯上花费了一些精力。但随着项目的进行,经过尝试不同的提纯方法,包括显色剂的运用,后期在底物扩展上就很顺利。做实验就是这样,要坚持,多动手,多总结,总能找到解决的办法。

Q3. 将来想继续研究化学的哪个方向呢?

将来我想从事交叉科学方向,把学到的有机化学的知识和其他专业结合起来,比如和单分子电子学结合,从另一个角度去解决一些化学内在机理问题。同时,也希望能用化学专业技能去从事一些国家需求的方向,比如,高效电池的开发和制备。

Q4. 最后,有什么想对各位读者说的吗?

做科研要相信自己的课题,认真对待每一个课题,相信自己做的方向能够创造无限可能。我们在开始发现这个课题时,并未觉得这篇文章可以往Science期刊上投,但在做的过程中,我们又发现了一些新的亮点,包括用磺酰胺作为原料一锅发制备一系列的氮杂双环生物电子等排体,以及在流动化学中的高制备率。随着这些新发现,我们最终才决定往science上投稿。

然后,要感谢学习生涯中对我帮助和照顾的人,特别是我硕士导师肖胜雄教授对我的教育和指导,让我少走了很多弯路,这些教导都是我人生中宝贵的财富。也要感恩求学路上遇见的每个人,他们都教会了我些什么,给我带来了不一样的生活。

作者教育背景简介

教育和工作背景:

2019.05-2022.12 德国亚琛工业大学,有机化学,自然科学博士(Dr. rer. nat.)

2013.01-2023.10德国亚琛工业大学,有机化学研究所,博后

2023.11-至今 上海师范大学,化学与材料科学学院

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