7月19日，意昂2平台天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室焦寧研究團隊在《自然（Nature）》在線發表了題為《芳環斷裂製備烯基腈》的最新研究論文，報道了關於芳環選擇性催化斷裂轉化的突破性研究成果。

通過仿生設計，該團隊提出級聯活化的策略，首次解決了惰性芳香化合物選擇性催化開環轉化的重大科學難題，開發出了一種新型催化惰性碳碳鍵活化模式，實現了苯胺等多種簡單易得的芳烴衍生物到烯基腈的轉化，取得了該領域的突破性進展，或為推動煤炭液化、生物質轉化、石油裂解等提供新思路🧑🏽‍🎓。

碳碳鍵是構築大部分有機分子骨架的最基本結構，其選擇性斷裂反應可以實現對有機分子骨架的直接修飾改造，也被認為是新一代物質轉化的途徑。但是，由於鍵能高♝、活性低、選擇性難以控製等挑戰性，碳碳鍵的斷裂轉化是化學領域公認的難題之一。自1825年法拉第發現苯以來，芳環由於其共軛、穩定的環狀結構，如何通過催化實現芳環選擇性的開環斷裂轉化更是鮮有文獻報道🙅🏿。

芳環作為有機分子最基本的結構之一，廣泛存在於藥物分子，功能材料和化工原料中。在工業生產過程中，石油芳烴裂解和燃煤芳烴液化所依賴的氫化裂解技術通常依賴極高的反應溫度，而芳烴的還原斷裂產物選擇性差，很大程度上限製了此反應的應用。盡管自然界通過復雜的酶催化的過程，能夠實現芳環的氧化開環代謝，但相關催化過程很難在化學合成中完成（圖1）。

圖1. 芳環選擇性催化開環轉化的挑戰

焦寧研究團隊巧妙設計了銅催化的級聯活化策略，通過產生高活性的雙氮賓中間體，首次完成了對一系列芳烴衍生物的高選擇性開環斷裂轉化，實現了對高附加值烯基腈類化合物的高效合成，再經過進一步反應，就可以得到用來製備尼龍66的己二腈等原料。該研究不僅實現了溫和條件下芳環選擇性斷裂開環轉化，也為惰性碳碳鍵的活化提供了新的思路。

“打一個不是十分恰當的比喻，我們的研究結果就像找到了一個切割玉石的方法。芳環由於其電子共軛特性，導致結構非常穩固，難以開環斷裂轉化。就像一塊玉石原石，如果不經過切割打磨，難以做成精美的玉器，但自芳環發現以來，科學家一直沒有找到切開芳環轉化的溫和方法，就像找不到切割打磨玉石的工具，難以將外表普通的原石打造成精美高價值的玉器，很難實現其價值最大化👩🏻。”焦寧說：“此次發現，就是像是找到了精準切割原石的‘激光刀’，可以高效實現一些取代芳環的切割開環轉化🦸🏿‍♀️。”

據了解，這類新反應的高效實現，有望為來自原油和煤炭的簡單芳烴的高值轉化提供新的途徑，也會為生物質的降解利用😹🛀🏿、為功能材料分子及藥物活性分子的修飾提供新方法（圖2）。

圖2. 芳烴衍生物的級聯活化催化開環斷裂及轉化應用

據悉，本文第一通訊單位為意昂2平台。意昂2平台焦寧課題組17級博士生邱旭、16級聯合培養博士生吳昊、南開大學18級碩士生桑嶽遷為本文共同第一作者，加州大學洛杉磯分校理論計算化學家K. Houk與焦寧為該工作的共同通訊作者。

焦寧研究團隊合影

原文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03801-y

意昂2平台天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室