近日，化學學院畢錫和教授領導的卡賓化學團隊在有機分子單原子骨架編輯領域取得了系列研究進展。圍繞“鄰三氟甲基苯磺酰腙（Triftosylhydrazone）”卡賓化學開展了系統(tǒng)研究工作，2024年在《自然·化學》（Nature Chemistry）等化學領域頂級期刊上發(fā)表論文十余篇，推動了這一前沿領域的發(fā)展。
對有機分子進行精確的分子編輯，迅速增加分子骨架的多樣性和復雜性，是現(xiàn)代有機合成的核心內(nèi)容。畢錫和課題組以氟烷基Triftosylhydrazone原位生成氟烷基卡賓為工具，通過對過渡金屬催化劑、添加物、溫度等反應參數(shù)的精細優(yōu)化，化學選擇性地實現(xiàn)了吲哚的骨架“一碳”插入反應、C3?H鍵偕二氟烯基化反應、2,3-環(huán)丙烷化反應及串聯(lián)的2,3-環(huán)丙烷化/N1?H鍵偕二氟烯基化反應，從而實現(xiàn)了對吲哚核心骨架和外圍C?H鍵的多樣性分子編輯，制備了結(jié)構多樣的含氟的氮雜環(huán)化合物。該成果以“Tunable molecular editing of indoles with fluoroalkyl carbenes”為題，發(fā)表在化學類國際頂級期刊 Nature Chemistry (2024, 16, 988)上。國家自然科學基金委以“我國學者在氮雜環(huán)多樣性分子編輯方面取得進展”為題，報道了這一研究進展。在此基礎上，成功實現(xiàn)了更具挑戰(zhàn)性的金屬卡賓對吲哚/吡咯骨架的不對稱去芳構化插入，制備了系列三氟甲基取代的手性氮雜環(huán)化合物，這是首例氮雜芳烴的不對稱單原子骨架編輯反應（Nat. Chem. 2024, in press）。以氟烷基Triftosylhydrazone原位生成雙取代卡賓為工具，實現(xiàn)了金屬卡賓對更具芳香性的吡咯和1,2-唑類芳香化合物的去芳構化插入，實現(xiàn)了五元雜環(huán)到六元雜環(huán)的直接轉(zhuǎn)化，相關研究成果均發(fā)表在國際知名期刊德國應用化學（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202401359和 2024, 63, e202313807）上，兩篇論文均被編輯遴選為“VIP”論文。建立了吲哚類化合物高度對映選擇性的環(huán)丙烷化反應，這是迄今為數(shù)不多的相關報道，為吲哚的不對稱擴環(huán)反應奠定了基礎（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202408220）。以單取代卡賓代替雙取代卡賓，通過金屬卡賓對吲哚/吡咯骨架的插入反應，實現(xiàn)了吲哚/吡咯“變”喹啉/吡啶，提出了新的反應機制，解決經(jīng)典Ciamician-Dennstedt反應必須使用α-鹵代卡賓的問題（Nat. Commun. 2024, 15, 9998）。單原子骨架編輯的策略進一步拓展到非芳香性雜環(huán)化合物，實現(xiàn)了烯基卡賓對非芳香性三元氮環(huán)的“一碳”插入，成功構建了藥物學研究上重要的四元氮環(huán)分子骨架（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202318072,“VIP”論文 ）；發(fā)展了“氧”到“碳”的單原子替換策略，實現(xiàn)了三元氧環(huán)到三元碳環(huán)化合物的直接轉(zhuǎn)化（Nat. Commun. 2024, 15, 1951）。
鑒于課題組在單原子骨架編輯領域取得的顯著進展，領域知名學者—加州大學伯克利分校Richmond Sarpong 教授和 芝加哥大學Mark Levin教授，邀請課題組在美國化學會《Accounts of Chemical Research》上撰寫綜述文章，系統(tǒng)介紹課題組在這一領域取得的研究成果（Acc. Chem. Res. 2024, in press），這是課題組近五年第三次在這一化學領域重要期刊上發(fā)表綜述文章（Acc. Chem. Res. 2022, 55, 1763; 2020, 53, 662）。同時，獲邀在美國化學會《Chemical Reviews》撰寫綜述文章，系統(tǒng)介紹了磺酰腙卡賓化學的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及未來趨勢（Chem. Rev. 2024, minor revision）。
圖1．2024年研究進展
2015年，有機化學被遴選為我校重點學科方向，在學科帶頭人（PI）畢錫和教授帶領下，注重學科方向凝練、精心構建學術品牌，經(jīng)過十年建設，逐步形成了特色鮮明的卡賓化學研究方向。團隊原創(chuàng)性設計發(fā)展了高效的卡賓前體化合物“鄰三氟甲基苯磺酰腙”，并將其命名為“Triftosylhydrazone”。基于這一原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，團隊陸續(xù)在《自然·化學》（Nature Chemistry）、《自然·通訊》（Nature Chemmunications）、《德國應用化學》（Angewandte Chemie）、《化學》（Chem）等化學領域重要期刊上發(fā)表論文五十余篇，證明了其在有機合成化學中的巨大潛力，吸引了同行的廣泛關注和跟蹤研究，樹立了標志性的學術品牌。
除了科學研究，畢錫和團隊在隊伍建設、基金項目、學術交流等方面也取得了顯著進展。團隊注重隊伍建設，形成了小規(guī)模、富于創(chuàng)造性的科研團隊。近兩年，在基金、人才方面取得了積極進展：1人入選國家級人才；獲批國家自然科學基金6項（1項重點項目、2項面上項目、1項青年基金、1項外國學者研究基金及1項國際合作與交流項目）。團隊注重學術交流，成功舉辦了首屆“卡賓化學前沿論壇”和“東師有機合成前沿交叉論壇”，提升了東師有機化學學科影響力。
圖2．課題組團隊成員
