北京大学研究团队借助百年古老试剂破解烯烃炔烃转化世纪难题,温和条件下实现分子骨架精准重构,相关成果登上国际顶刊《自然》

问题——烯烃到炔烃的“关键一跳”为何难?

烯烃与炔烃是有机合成中最常见、最基础的两类不饱和化合物,广泛应用于医药、材料、精细化工等领域。

现实需求却存在明显“供需落差”:烯烃来源广、成本低、易获取;炔烃在许多复杂分子构建中不可替代,但可选品类相对有限、价格更高。

更关键的是,二者结构差异决定了性质和反应行为迥异:烯烃的碳碳双键呈一定“折角”,炔烃的碳碳三键更接近线性。

将双键“拉直”为三键,看似只是键型变化,实则牵涉分子骨架的深度重排与选择性控制,长期以来被视为合成化学中的难点问题之一。

原因——传统路径为何难以兼顾“温和、普适、可控”?

从19世纪化学家马尔科夫尼科夫等人的早期探索算起,烯烃转化炔烃的研究已跨越一个多世纪。

其主要瓶颈在于:一是反应能垒高,往往依赖高温、强碱或强氧化等苛刻条件推动;二是副反应多,容易导致过度反应、官能团受损或选择性失控,使得方法的底物适用范围受限;三是对立体化学的精准调控困难,尤其在烯烃顺反异构体的互转、分选方面挑战更大。

上述因素叠加,使“廉价烯烃一步高效变为高价值炔烃”长期难以成为通用工具。

影响——突破意味着什么?

北京大学药学院焦宁教授团队此次报道的进展,核心在于借助“硒蒽”实现烯烃到炔烃的温和一步转化,并将反应控制推进到更精细的层面。

研究显示,在团队提出并发展的“级联活化”等策略下,硒蒽表现出“可进可退”的双重能力:一方面能够有效捕捉并活化烯烃进入反应通道,另一方面在完成结构改造后又能在温和条件下退出体系,从而减少对底物与产物的伤害、提升整体选择性与效率。

相比依赖强条件的传统方案,这类路径的意义不仅在于“做得到”,更在于“更好用”——为多官能团分子、复杂药物中间体的后期改造提供新的可能。

同时,硒蒽的工艺属性也被强调:其制备可一步放大,纯化相对简便,稳定易储存,并可回收循环使用。

这些特征决定了该方法不仅停留在实验室概念验证层面,也具备向更大规模应用转换的潜力。

更进一步,团队基于对反应机制的解析,实现了此前较难兼顾的顺反异构体互相转化与精准分选,有助于在分子构型层面获得更可控的“定向编辑”,为药物分子构效关系研究与新结构探索提供工具支撑。

对策——“回到化学史”如何转化为创新路径?

值得关注的是,此次突破并非沿用以往较常见的卤素试剂等思路“加码”,而是选择回溯化学史,从长期被忽视的老试剂中寻找新功能。

硒蒽作为19世纪末即已问世的含硒杂环分子,长期以来并非合成反应中的常用试剂。

研究团队通过系统性筛选与策略设计,让这一“沉睡”试剂在新的反应框架中发挥关键作用,体现了基础研究中“从机制出发、以策略驱动”的方法论价值:一方面以新策略重塑老试剂的反应角色,另一方面以机制认知提升选择性与普适性。

对化学研究而言,这也提示应进一步重视化学品“资源库”的再发现与再利用,通过系统研究挖掘潜在反应能力,形成更多可复制的创新范式。

前景——从“合成工具”到“产业变量”仍需哪些验证?

从应用角度看,温和条件下实现烯烃向炔烃的直接转化,有望在药物研发、功能材料分子设计与精细化学品制造中释放更大空间:一是降低合成步骤与能耗,提升路线经济性;二是提高对敏感官能团的兼容性,扩展后期修饰与快速结构迭代能力;三是以更可控的立体化学调节,推动更精细的性质优化。

下一步,业界关注点或将集中在底物范围的进一步拓展、放大条件下的稳定性与安全性评估、回收循环体系的寿命与成本核算等方面。

若能在更复杂底物、连续化工艺或绿色溶剂体系中持续验证,其方法学价值有望向工艺价值加速转化。

从尘封的化学典籍到顶刊的突破性成果,这项研究生动诠释了基础科研"温故知新"的永恒价值。

在全球新一轮科技竞争中,我国科学家正以独特的文化自觉与创新自信,在学科交叉处开掘科研"富矿",为破解人类共同面临的科学难题贡献东方智慧。

这一跨越三个世纪的化学对话,或将开启分子编辑技术的新纪元。