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我国首次实现仿生合成方法烷基化

近日,南开大学元素有机化学国家重点实验室汪清民教授课题组发明了由醛或酮对氮杂芳环碳氢键进行直接烷基化的新方法,为新药和新材料的研发提供了一种高效实用的方法,已申请发明专利。介绍该工作的论文发表于国际知名学术刊物《科学·进展》(Science Advances)上。

图片由南开大学提供

氮杂芳环广泛存在于天然产物、药物、农药和有机材料中。通过选择性碳氢键官能团化的方式在含有氮杂芳环的药物、农药和有机材料分子中引入甲基、乙基、异丙基等烷基对于改善药物、农药和有机材料的性能具有重要意义。但是,使用自然界中广泛存在且含量丰富的醛或酮实现氮杂芳环的烷基化反应一直没有实现。“这是一个世界性的难题。其挑战在于反应需要断裂碳氧双键并且羰基化合物与氮杂芳环的极性不匹配。想要将羰基化合物的极性反转并且断裂碳氧双键就必须发展非常规的策略。”汪清民说。

在生命过程中,生物活性分子的精巧合成往往令人叹为观止。如何在化学实验室里模拟生物合成的过程,高效地完成相应的化学转化的有机化合物仿生合成,是近年来备受关注的热点领域之一。 课题组考虑到生命过程中质子迁移电子耦合(PCET)和自旋中心迁移(SCS)的高效性,利用仿生合成的策略,将PCET和SCS结合起来,通过PCET过程活化羰基得到羰游基,羰游基对氮杂芳环加成后再通过SCS过程断裂碳氧键来实现醛或酮对氮杂芳环的烷基化反应。

“这是首例将羰基化合物作为烷基自由基等价体的反应,从而解决了醛或酮无法进行氮杂芳环的烷基化反应这个世界性的难题。我们将新方法成功应用于血脂调节药依托贝特、皮质醇生物合成的抑制剂甲吡酮、血管舒张剂米力农和抗组胺药氯雷他定等药物、农药和天然产物及材料的后期烷基化修饰上。”汪清民说。

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