图为利用C-H差相异构化方法实现孕二醇分子的结构转化
南开新闻网讯(记者 吴军辉)记者获悉，我校元素有机化学国家重点实验室陈弓教授课题组，开发了一种新颖的有机化学反应方法，让困扰化学界多年的“带有非酸性质子的三级碳手性中心的构型翻转”实现高效、可控。作为自由基化学领域的一个重要进展，该工作也为有机合成和药物分子的结构改造提供了一种方便、高效的“构型翻转”工具。日前，介绍该工作的论文发表于国际知名学术刊物《美国化学会志》上。
立体化学的精准调控一直是有机化学合成中的关键问题。“通俗讲就是人们能够主动、精准地控制复杂分子的三维立体结构。分子的结构直接影响分子的功能，例如，药物分子化学结构的变化直接导致药物功能的变化。那么，能否方便、高效地创造出‘目标’分子，就要看化学家手中掌握‘工具’够不够多。”陈弓说。
各国的化学家已经成功开发出了多种合成方法来立体选择性地构筑各种分子结构。在众多立体化学调控方法中，一种叫做“差相异构化”的策略可翻转特定碳原子的立体化学，从而提供了一个直接的立体构型修正手段。这种定点修正手段可以让化学家更加灵活地设计复杂分子的合成路线从而提高合成效率。
“然而，目前现有的‘差相异构化’方法都局限于带有较高酸性质子的碳原子，对于更常见的带有非活化碳氢键的碳原子的调控却束手无策。”陈弓介绍，受自然界中生物合成的启发，其课题组设计了一种新颖的自由基反应策略来可逆性地切断和重建特定三级碳原子上的惰性碳氢键从而实现其立体化学的翻转。
“复杂分子的化学合成就像是搭建乐高玩具。在含有众多原子的天然产物或药物分子的合成中哪怕有一个碳原子的立体化学搞反了都会带来致命偏差。”陈弓介绍，这些立体化学调控的偏差往往构成了有机合成路线中的“挡路墙”，为了修正这些细微偏差科研人员往往需要绕很长的弯路才能到达“一墙之外”的目的地。
“我们的这个立体化学翻转方法可以说给合成化学家提供一种‘破墙工具’，在一些特定的情况下可以就地修正立体化学偏差，从而不必‘绕路’更加直接地到达合成目标。”陈弓说。
据介绍，陈弓课题组研获的这种新型有机合成方法使用一种“高价碘”试剂，可以在非常温和、简单的反应条件下实现各种环状烷烃化合物的高效构型翻转。相关机理研究揭示了叠氮自由基可以作为一个氢原子的受体在三级碳原子之间来回传送氢原子。
研究人员介绍，该合成方法已被成功运用到类固醇化合物的结构翻转上，展现了其在复杂天然产物的构型改造上的良好应用前景。另外，该方法还可实现化合物中氢原子与其同位素氘原子的交换，为制备在生物医学上有广泛运用的同位素标记分子提供了新路径。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b05753
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