中国化学家意外发现一个超级简单的反应就能解
作者：365bet体育投注日期：2025/11/11 浏览：
10月28日，中国科学技术大学杭州高等研究院张霞珩团队在《自然》杂志上发表重磅论文《Functionalization of direct deamination with N-硝基胺》。更少的文字意味着更多。总之，他们的研究成果将传统的圆形船优化成为一种简单、安全、优雅的新技术。许多业内人士认为，他将来不仅有机会重写大学教科书，甚至有机会获得诺贝尔奖。该论文的审稿人之一、制药巨头辉瑞公司的研发高级总监斯科特·巴格利（Scott Bagley）称该论文是“真正的杰作”。什么样的研究能够获得如此多的赞誉？这个新发现将如何改变我们的生活？调查发现了什么？这一切都始于芳香胺。芳香胺是一大类有机化合物，来源广泛，用途广泛。他们几乎渗透到每一个公司从药物分子合成到染料、农药、橡胶添加剂、功能材料和电子工业，我们的生活无处不在。这些是农业、医药乃至整个化学工业的基础。尽管芳香胺在19世纪末开始工业化应用，但直到最近芳香胺加工技术还没有取得什么进展。它危险、昂贵、笨重、低效，并产生大量含有中间体和重金属的废液，存在爆炸风险。彼得·格里斯是一位德国化学家，奠定了芳香胺工业的基础。过去 140 年来，有机化学家一直试图驯服这匹野马，希望找到一条安全有效的道路。现在，张晓恒的团队终于找到了合适的缰绳，能够平稳、精准地掌控它。氨基难以使用的原因是它们非常“懒惰”并且更喜欢根据科学家的想法和目的，坚持芳香环而不是取代分子。为了摆脱这个懒惰的家伙，你需要用力踢他的屁股，以激活他的氨基。 140 年来，常用的方法是将胺自由基活化成重氮盐。重氮盐非常不稳定，就像一个发出嘶嘶声并泄漏的油箱。当氮盐分解时，它们会释放氮气和大量能量，如果反应快速进行，会发生爆炸。过去，当开发新药物和新材料时，将氨基转化为其他基团就像是与汽油罐的争斗。张孝恒的团队选择了不同的道路。他们将胺自由基活化为 N-硝基胺。这种活化状态比重氮盐温和得多，大大提高了安全性。同时，它还具有足够的活性，以利于后续的反应。直接脱氨基功能化的反应机理N-硝基胺 该反应从最常见的胺开始。吡啶胺在硝酸作用下加热脱水，将氨基（-NH2）转化为特殊中间体-N-硝基胺。此步骤的重要性是预活化惰性芳香胺。第二步，在合适的体系中，N-硝基胺经历多次质子转移和互变异构化。 ，即原子的数量和类型不变，但其位置发生变化的过程。这种分子内转变提供了驱动后续反应并为脱氨做好准备的结构能。第三步是活化和进一步脱水。该中间体在质子（H⁺）或促进剂（DMAP、SOCl2等）的作用下，进一步脱除水分子，达到高度活化的芳环状态。此时，分子中形成带有离去基团N=O=O的片段，成为一氧化二氮（N2O）的原料，然后释放出来sed。第四步是脱氨基并形成新的化学键。当氯离子 (Cl-) 攻击芳环时，N=O=O 片段被裂解并释放出 N2O。同时，氯原子进入芳环并与碳原子形成直接键。最终得到所需产物氯吡啶。与大学教材中沿用了数百年的传统方法相比，这种方法可谓优雅高效。这一结果会给工业生产带来哪些变化？在这项研究中，仅仅提高安全性并不是很好。事实上，这种方法不仅安全，而且兼容更多试剂，甚至可以将反应效率提升到新的水平。重氮盐仍然存在问题。重氮盐具有挥发性，通过热分解直接释放氮会导致反应变得不可控。因此，铜离子成为压力的压力阀炊具并在促进反应中发挥重要作用。在反应体系中，铜离子通过智能电子转移稳定反应过程。首先，亚铜离子向重氮盐提供电子，使其稳定，更温和地释放氮，并进入稳定的中间体。然后铜离子转移导致芳环的原子或目标，完成氨基的取代。相比之下，N-硝基胺不需要额外的金属试剂，并且可以在简单的反应中完成官能团取代。不仅更安全，而且反应更清洁、更高效。著名的铜离子控制脱氨。此外，张夏珩团队还发现该方法对芳环上氨基的位置基本不敏感，拓宽了试剂的选择范围。因为使用传统方法情况远非理想。重氮盐的反应活性很强受分子周围取代基的影响。给电子基团（-OH、-OCH₃等）使反应过快且难以控制。另一方面，吸电子基团（-NO 2 、-CF 3 等）使反应难以进行。张夏恒类型的equ方法可以应用于更大数量的目标原子。除了上面显示的氯原子之外，我们还测试了其他卤素，例如氟和溴。氧和硫等杂原子键也是如此。碳-碳键的种类几乎涵盖了化学工业应用中所有类型的化学键。化学反应器|维基百科 在应用方面，张夏珩团队继续向前迈进了一步。反应可以在容器中完成。传统方法会引入铜离子，从而防止发生额外的反应。因此，一旦获得产物，在进行下一步反应之前必须对其进行纯化。不过，张孝恒团队的体系m 足够冷静和干净。反应完成后无需纯化。反应可直接在反应器中继续进行下一步反应。事实上，这个实验成功地进行了公斤级的反应实验，接近真实工业生产的规模。该方法体系更稳定，底物范围更广，效率更高，是对当前工业合成的有趣且全面的改进。我们的生活将如何改变？脱氨反应在现代化学生产中几乎无处不在，是许多核心反应的基础。改进脱氨工艺不仅有利于国家和人民。 2,4-D（2,4-二氯苯氧基乙酸）是农业中为确保食品安全而使用最广泛的杀虫剂和除草剂之一，其合成过程需要对关键芳香胺进行脱氨和氯化。该链接传统上基于重氮 a 的催化作用和铜盐，不仅危险，而且会产生大量含有聚乙烯金属的废液。如果该类农药的年产量达到数万吨，如果采用新的方法在温和的条件下完成反应，无需铜离子的存在，就可以缩短每个金属催化剂的步骤，从而节省大量成本，并大幅减少污染排放。对于常见的市售2,4-D衍生物来说，这一成果在医学领域的影响更大。对于结构复杂、富含芳香胺结构的抗癌药物，张孝恒的脱氨基方法犹如久旱逢甘霖。抗癌药甲磺酸伊马替尼是瑞士诺华制药公司生产的原研药。在电影《我不是药神》中，它也被用作极其昂贵的救命药物。自2001年引入中国以来，其售价为每盒23500元，普通家庭难以承受。伊马替尼制造过程需要多次重氮化取代反应，这是所有路线中劳动力最密集的环节。优化反应可以显着降低制造成本和效率，降低药品价格，并有可能拯救无数家庭。此外，该反应的可能性还不止于此。在药物研发和迭代阶段，无论试剂类型或位置如何，直接脱氨基特性都可以让制药公司直接快速地交换成品药物基质，评估药物疗效，缩短优化周期。以前合成一批候选者需要几个月的时间，现在可能只需要几天的时间。过去需要数年时间才能重复。过去缩短的 fFrame 周期现在可以显着缩短。如果药物合成效率更高，可以挽救更多生命及时。材料领域也有很多方向可以从这种反应中受益。例如，这种反应可能会使您现在正在使用的手机变得更便宜且更易于使用。几乎所有手机、电脑主板、芯片的封装树脂都离不开芳香胺固化剂。这种新的脱氨反应不仅显着降低了制造成本，而且能够生产更耐热、更高效、更轻的电路材料。未来，这种反应可以延长计算机、手机、汽车甚至航空航天设备的寿命、提高性能并降低能耗。再次关于巨人的menyou。事实上，N-硝胺并不是张晓恒团队首先发现的。尽管这种中间体早在 1893 年就被发现了，但一百多年来没有人探索过该反应的潜力。更有趣的是，N-硝胺结构在一些著名的高能材料（例如RDX旋风炸药）中也发现了稀土，而新手往往会避开这条路线，也许是因为这种危险的关联离爆炸不远了。张晓恒谦虚地说：“有时候灵感不是来自设计，而是来自‘碰撞’。”我们很幸运，能够依靠前人，看到前人没有看到的方向。”有人说，张大珩团队创造的东西简单得不值一提，但他们的贡献在于真正展示了这条路线的潜力。即使重大成果出现在眼前，也需要仔细反思、仔细验证和后续坚持不懈的研究。否则，即使好运降临到我们身上，我们也只会重新沉入历史的长河中。参考文献[1] https://www.zhihu.com/question/1967282093101941035Tu, G.、Xiao, K.、Chen, X. 等人，N-硝基胺直接脱氨作用[2]https://doi.or。g/10.1038/s41586-025-09791-5[3]https://patents.google.com/patent/US9695114B2/[4]https://www.ossila.com/products/tpd[5]http s://www.nhsa.gov.cn/art/2024/12/22/art_14_15203.html[6]https://it.hangzhou.com.cn/jrjd/yjnews/content/2025-10/28/content_9111670.html 作者：李晓亚
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