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化學(xué)家有了“分子編輯”氮雜芳烴C-H鍵工具包
作者：余金權(quán)等 來源：《自然》
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美國斯克利普斯研究所和加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的化學(xué)家開發(fā)出一種精確靈活的方法修飾一類廣泛的化合物。這類化合物被稱為雙環(huán)氮雜芳烴，通常用于構(gòu)建藥物分子。
這種強(qiáng)大的新方法通�？商峁└�簡��、更靈活的分子設(shè)計(jì)，使化學(xué)家能夠合成無數(shù)以前遙不可及的化學(xué)產(chǎn)品，包括潛在的重磅藥物。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然》。
“這些新方法為化學(xué)家提供了一個統(tǒng)一、實(shí)用的后期‘分子編輯’工具包，可以以任何所需順序在任何給定位點(diǎn)上修飾雙環(huán)氮雜芳烴，極大擴(kuò)展了藥物和其他有用分子的多樣性，而有用分子可以從這些受歡迎的起始化合物中構(gòu)建�！毖芯抗餐���(fù)責(zé)人、斯克利普斯研究所化學(xué)教授余金權(quán)說。
用實(shí)驗(yàn)室化學(xué)技術(shù)構(gòu)建有機(jī)分子，也被稱為有機(jī)合成，一直比在宏觀尺度上構(gòu)建東西更具挑戰(zhàn)性。如何精確控制多反應(yīng)位點(diǎn)分子骨架的反應(yīng)選擇性是有機(jī)合成和藥物研發(fā)領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。
盡管化學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出數(shù)百種可以將起始化合物轉(zhuǎn)化為其他化合物的反應(yīng)方法，但他們?nèi)狈π薷膹V泛存在的僅含有C-H鍵的工具包。
許多合成化學(xué)家雄心勃勃的目標(biāo)是開發(fā)靈活、通用的分子編輯方法，通過打破起始分子中的C-H鍵，在任何位置修改盡可能多的碳原子。具體而言，就是以一種簡化方法，在給定有機(jī)分子主鏈上修飾他們選擇的原子——通常是碳，并以任何順序修飾分子上的碳原子（至少一個以上）。
這種能力將使新分子的構(gòu)建像隨意改變單個單詞來創(chuàng)建句子一樣簡單。但是，設(shè)計(jì)出能夠修飾一個特定原子而不是其他在傳統(tǒng)化學(xué)術(shù)語中幾乎相同的原子的難度，往往使分子編輯的概念看起來像一個不可能實(shí)現(xiàn)的夢想。
新方法將這一夢想變成了現(xiàn)實(shí)，至少對于藥物化學(xué)家使用的最常見的起始分子之一來說是如此。雙環(huán)氮雜芳烴是相對簡單的有機(jī)分子，無數(shù)現(xiàn)有藥物和與醫(yī)學(xué)相關(guān)的天然化合物都是用雙環(huán)氮雜芳烴骨架構(gòu)建的。
余金權(quán)和合作者設(shè)計(jì)了兩個截然不同的導(dǎo)向模板，通過仔細(xì)調(diào)控模板設(shè)計(jì)中的距離、幾何結(jié)構(gòu)和手性因素，精確地實(shí)現(xiàn)了雙環(huán)氮雜芳烴上遠(yuǎn)程相鄰（C6/ C7）和位置相似（C3 / C7）位點(diǎn)的模塊化區(qū)分和遠(yuǎn)程官能團(tuán)化。
結(jié)合以往報道的方法，現(xiàn)在能夠?qū)﹄p環(huán)氮雜芳烴所有C-H鍵進(jìn)行任意選擇性分子編輯。此外，作者利用該策略實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜天然產(chǎn)物和藥物分子后期精確修飾，也對喹啉骨架多個C-H鍵進(jìn)行了任意位點(diǎn)和次序選擇性迭代分子編輯。
余金權(quán)表示，新方法的一個關(guān)鍵方面是，模板直接C-H官能團(tuán)化不是基于傳統(tǒng)的電子標(biāo)準(zhǔn)，而是基于到目標(biāo)的路徑距離和幾何結(jié)構(gòu)。
“新技術(shù)應(yīng)該易于化學(xué)家使用，并且被制藥行業(yè)和其他以化學(xué)為基礎(chǔ)的行業(yè)迅速采用。我們預(yù)計(jì)，很快會將這種方法擴(kuò)展到其他種類的起始化合物。”余金權(quán)說。（來源：中國科學(xué)報 王方）
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05175-1