神奇的分子骨架“编辑术”　华南理工成果助力新药研发与精准合成

近日，华南理工大学前沿软物质学院吴钊教授课题组成功研发出一种能让分子内部结构精准编辑的新技术，即利用高张力环炔中间体作为“分子发动机”，提出一种高效、普适的羰基1,2-转位新策略，解决了在环戊酮等小环酮骨架编辑中长期存在的合成难题，在新药研发、精准合成等方面有着广泛应用前景。

分子中的羰基在化学领域中堪称关键“枢纽”，对分子的性质起着决定性作用。倘若能将羰基从一个位置迁移到相邻位置，就如同给房屋重新布局，会彻底改变分子的几何形状、电子分布以及生物活性。这种改变意义重大，它能让原本不具备药效的分子摇身一变，成为潜在药物，也能赋予天然产物全新的生物功能。

这一策略在新药研发和天然产物全合成中具有不可估量的应用价值。因此，如何实现这种羰基编辑操作，长期以来都是化学界的一道难题。传统方法存在诸多弊端：有的依赖昂贵的贵金属催化剂，成本高昂；有的仅适用于特定结构分子，局限性极大；尤其是对于五元环、六元环这类小环分子，传统方法更是束手无策，就像用笨重的工具去处理精细的小物件，既不经济也不实用。

面对这一挑战，学校课题组独辟蹊径，发明了一种神奇的分子骨架“编辑术”，对环戊炔、环己炔等特殊的小环炔烃加以巧妙利用。这些小环炔烃因角度变形而蕴含着巨大的环张力，就像被压缩的弹簧一样储存着可观的能量。研究团队通过一系列简单的化学反应，让这种能量得以释放，从而驱动羰基自动“跳”到相邻位置，完成迁移过程。

高张力环炔介导羰基1,2-移位反应

与传统方法相比，该项新方法显示出显著优势：在操作上，它简单便捷，无需复杂的实验流程和繁琐的分离步骤；在成本控制上，只使用常见试剂，无需昂贵的金属催化剂，有效降低研发成本；在适用性上，它具有广泛的底物适用性，无论是五元环还是六元环，都能高效地完成羰基的迁移操作。

该方法同样在实际运用中展示了强大实力。研究团队成功对多种重要分子进行了改造，包括薄荷酮、诺品酮等萜类天然产物，以及脱氢表雄酮等甾体化合物；在药物分子改造方面，则对多种药物前体进行了结构优化，有望据此开发更有效的新药。

研究团队还发明了“组装+迁移”的组合技术，通过将经典的环丙烷化、[2 + 2]环加成、Diels - Alder反应与羰基迁移相融合，能够像搭积木一样快速构建复杂的多环分子结构。例如，对于用传统方法需要五个步骤才能合成、产率极低的复杂结构，现在只需两个步骤就能高效完成。

同时，为确保研究的科学性和可靠性，研究团队通过环加成捕获实验与烯胺中间体原位表征实验，为环炔中间体介导的羰基迁移提供了有力证据，并阐明了区域选择性的电子/位阻控制模型。这一理论成果为后续开展利用其他高张力中间体发展新型分子编辑反应的工作奠定了坚实基础。

该项研究具有深远影响和广阔应用前景。在药物研发领域，它能够更快速、低成本地开发新药候选物，为人类健康带来更多福音；在天然产物合成领域，它能更高效地获得结构多样的衍生物，为天然产物的研究和利用开辟新的道路；在材料科学领域，也有可能开发出具有特殊性能的新材料，推动相关产业发展。

相关成果在国际学术期刊《自然·合成》（Nature Synthesis）上发表，成果第一作者为华南理工大学博士研究生季侃磊，通讯作者为吴钊教授。华南理工大学为唯一通讯单位。