但想想容易，實(shí)現(xiàn)起來太難了！最近，中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所劉國生研究員和香港科技大學(xué)林振陽教授課題組合作成功突破這個難題，最新科研成果發(fā)表在10月23日出版的英國《自然》雜志上。

地球上，包括生命分子在內(nèi)，碳與氫都是形成有機(jī)分子最基本的“字母”。它們結(jié)合而成的碳?xì)滏I通常比較穩(wěn)固，碳?xì)滏I活化，即如何切斷它們之間的化學(xué)鍵，即在分子“詞匯”中擦除“字母”氫——這個操作被稱為有機(jī)化學(xué)的“圣杯”。

而這座圣杯上的明珠則是，在此基礎(chǔ)上，如何定點(diǎn)剪切有機(jī)分子的碳?xì)滏I，并精準(zhǔn)連接上具有不同功能的其他分子“詞根”。

從12年前學(xué)成回國，中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所劉國生研究員就一直想挑戰(zhàn)這座科學(xué)的高峰。

▲劉國生（二排右六）研究團(tuán)隊合影，一排右二為本論文第一作者李家園

他認(rèn)為，有兩個關(guān)鍵的科學(xué)問題必須回答：其一，一個有機(jī)分子中，往往有多個類似的碳?xì)滏I，怎樣才能讓這些氫原子被自由基精準(zhǔn)地攫取——通俗地說，就是讓氮自由基“想切哪個，就切哪個”；其二，怎樣才能給攫氫之后的碳自由基精準(zhǔn)地安裝新的“詞根”，來生成新的三維立體分子。由于這項任務(wù)難度太大，有機(jī)分子碳?xì)滏I的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化一直難以突破。

2014年，劉國生團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了金屬銅物種可以調(diào)控碳自由基反應(yīng)的選擇性。2016年，他與國外合作者一起在美國《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文，即利用一種手性銅的氰化物，可以將氰基（CN）精準(zhǔn)接上了被攫氫的有機(jī)分子上。由此，他們宣告解決了第二個科學(xué)問題，從而也為解答第一個科學(xué)問題奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

又經(jīng)過三年多，這支鍥而不舍的科研團(tuán)隊驚喜地發(fā)現(xiàn)，這種手性銅的氰化物不僅可以精準(zhǔn)地將“詞根”氰基接到被“擦除”了氫的位置上，而且還可以調(diào)控氮自由基的活性，使其變得更加容易控制，有利于將有機(jī)分子中的“字母”氫定點(diǎn)“擦除”。

通過與香港科技大學(xué)林振陽教授課題組合作，銅的氰化物對氮自由基的調(diào)控是通過銅與含硫磺胺的氮自由基發(fā)生配位來實(shí)現(xiàn)的，由此來調(diào)節(jié)氮自由基的攫氫能力和選擇性，使其成為可以精確制導(dǎo)的分子“剪刀”，在眾多相似烯丙位碳?xì)滏I的有機(jī)分子上剪切其中一個特定位點(diǎn)的氫原子。

“通過這兩步接力的研究，我們終于找到了有機(jī)化合物碳?xì)滏I精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化的一條全新途徑！”劉國生興奮地告訴記者，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示，原本需要幾步、十幾步，才能將一些初級石化產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為藥物中間體，現(xiàn)在只需在室溫，甚至更低溫度下，一步就能實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化效率高達(dá)90%以上。

“這個發(fā)現(xiàn)對于新藥研發(fā)、制藥，以及很多高級化工品的生產(chǎn)，都會帶來很大的改變?！薄蹲匀弧冯s志評審人認(rèn)為“這個全新的銅配位氮自由基對于調(diào)節(jié)有機(jī)分子碳?xì)滏I的精準(zhǔn)攫氫是非常顯著的，影響也是巨大的”“令人印象深刻的是，無論是簡單的烯烴，還是含烯烴結(jié)構(gòu)的復(fù)雜藥物分子都可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化，這也是全所未有的?！?/span>

接下來，劉國生研究團(tuán)隊將循著目前發(fā)現(xiàn)的金屬調(diào)控氮自由基選擇性攫氫的新機(jī)制，尋找更多的分子工具去操縱分子“剪刀”，實(shí)現(xiàn)有機(jī)分子的精準(zhǔn)編輯，推動有機(jī)化學(xué)合成進(jìn)入更加綠色、環(huán)保、高效的時代。