核心发现:
国科大杭州高等研究院张夏衡团队、中国科学院上海有机化学研究所薛小松团队在《Nature》发表最新研究成果,通过N-硝胺中间体实现芳香胺C-N键的直接脱氨官能化,彻底规避传统重氮盐工艺的爆炸风险,为药物合成开辟全新路径。(图1)
传统重氮盐工艺因高爆炸风险、多步操作和底物限制,长期困扰制药行业。新方法通过硝酸介导的N₂O消除途径,形成芳基阳离子等效活性物种,实现C-N键向C-X(卤素/杂原子)和C-C键的高效转化。(图2)
关键优势:
✅ 安全性提升:无需处理高活性芳基重氮盐,实验全程无爆炸风险
✅ 效率飞跃:对多氮杂环体系收率达50-83%,传统方法几乎无产出
✅ 操作简化:一锅法完成脱氨-官能化,无需分离中间体
图2 芳香胺作为芳基供体的直接前体,并实现原位快速多样化合成
薛小松团队通过DFT计算证实N-硝胺中间体通过N₂O挤出形成芳基阳离子,关键的N₂O挤出步骤能垒仅为7.3kcal/mol。而传统重氮盐的分解往往能垒极低或近乎无垒,是一种“一触即发”的、几乎无法控制的解离过程。而本反应的7.3kcal/mol能垒,就像一个“安全阀”,确保反应是受控的、有速率限制的,而不是瞬间崩溃。这直接证明了该过程是一个“相对平缓的‘受控’过程”。
杂环兼容:适用于吡啶、嘧啶、吲哚等所有药用相关杂环胺取代基耐受:兼容-CF₃、-CN、-酯基、-卤素等复杂官能团位置无差别:邻位、间位、对位氨基均可高效转化(图3)
该方法成功实现C-Br、C-Cl、C-I、C-F、C-N、C-S、C-Se、C-O键构建,并通过过渡金属催化形成C(sp²)-C(sp²)和C(sp²)-C(sp³)键。(图4)
图4 C-Br、C-Cl、C-I、C-F、C-N、C-S、C-Se、C-O键构建
对普鲁卡因、法西地尔等12种临床药物进行脱氨氯代修饰,收率提升3-5倍。例如,抗炎药依托考昔通过三步一锅法合成,总收率达28%。
公斤级放大实验显示,产物119收率达90%,具备工业化潜力。
实现复杂药物分子的精准修饰,如抗炎药Etoricoxib的后期功能化改造,可显著缩短研发周期。(图5)
为传统重氮盐工艺提供更安全、高效的替代方案,降低制药企业安全风险。
推动精细化工领域向绿色合成转型,助力“双碳”目标实现。
为创新药开发提供新工具,缩短药物分子从实验室到市场的周期。
这项研究的意义不仅在于提供了一种 “更安全、更通用” 的脱氨官能化方法,更在于重新激活了芳香胺这一 “廉价易得” 的原料 —— 未来,制药企业或许能直接用芳香胺库快速合成药物候选分子,化工生产也能避免重氮盐的安全隐患,为合成化学向 “绿色、高效、安全” 转型提供了新范式。
2009年本科毕业于四川大学化学学院。2009-2015博士毕业于中国科学院上海有机化学研究所,师从糖化学家俞飚院士,博士期间主要从事复杂糖缀天然产物的全合成研究。2015-2020于美国普林斯顿大学从事博士后研究,师从2021年诺贝尔化学奖得主David MacMillan教授。2021年初入职复旦大学化学系任博士生导师,课题组长。2021年受聘于国科大杭州高等研究院,研究方向主要集中在可见光催化,自由基化学,过渡金属催化等有机化学前沿领域。已在相关领域发表多篇学术论文,包括Nature (2篇),Nature communications(1篇), J. Am. Chem. Soc.(3篇)等。
2013年博士毕业于南开大学,师从程津培院士,并于同年留校任教。2018年入选“南开大学百名青年学术带头人”计划。2017年9月-2020年8月,加州大学洛杉矶分校(UCLA)访问学者,师从Ken Houk院士。2021年8月加入中国科学院上海有机化学研究所有机氟化学重点实验室,并于同年获得国家优青和中科院率先行动“百人计划”支持。
乐研一直在关注张夏衡和薛小松老师的工作,在今年3月推广过张夏衡老师的文章(Nat.chem.:光催化仿生1,2-氨基迁移新突破),并且与薛小松老师有长期的产学研合作。
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