定制分子的过程具有双重功能

化学家们开发了一种方法，可以在一个过程中将两个片段添加到烯烃分子中。这一发现可以简化药物和材料的设计。

　　

由莱斯化学家Julian West和中国科学技术大学(合肥)的Xi-Sheng Wang领导的研究人员报告了他们成功的催化过程，将两个不同的官能团同时添加到单烯烃中。单烯烃是从石化产品中提取的有机分子，含有至少一个与氢原子结合的碳-碳双键。

他们说，更好的是，这些烯烃是“未激活的”——也就是说，它们在双键附近缺乏活性原子——到目前为止，被证明很难增强。

《美国化学学会杂志》上详细介绍的化学途径可以简化制药工业前体库的创建，并增强聚合物的制造。

韦斯特的实验室设计合成化学过程，他说最初的灵感来自一种酶，细胞色素P450，肝脏用来消除潜在的有害分子。

“这些酶就像一把电锯，能在分子给你带来麻烦之前把它们磨碎，”他说。“他们通过一种叫做激进反弹的有趣机制做到这一点。”

韦斯特说，P450发现碳氢键并去除氢，留下一个以碳为中心的基团，其中包括一个未配对的电子。

“这个电子真的很想找到一个伙伴，所以P450会立即返回一个氧原子('反弹')，氧化分子，”他说。“在体内，这有助于使这些分子失活，这样你就可以摆脱它们。

“这种反弹是强大的，”韦斯特说。“我们是否可以做类似的事情，把不同的片段转移到自由基上。”

他们的解决方案是实现他们所谓的自由基配体转移，这是一种使用锰催化“自由基反弹”的通用方法。

韦斯特说，虽然P450使用附近的元素铁来催化生物反应，但莱斯实验室和其他地方的早期实验表明锰有潜力。

他解释说:“锰有助于使过程更有选择性，更活跃，而且更便宜、更容易。”“它可以转移一堆不同的原子，比如氯、氮和硫，只需要改变你在反应中加入的商业成分。”

这个反应占了一个功能化。为什么不是两个呢?

韦斯特说，Kang-Jie Bian还提出了在混合物中加入光催化剂的想法。“当你照射它时，它会被激发，你可以做一些在基态下不可能做的事情，比如激活氟碳小分子，制造具有碳氟键的自由基碎片，这对制药和材料科学很重要，”他说。“现在，我们可以把它们附着在我们感兴趣的分子上。”

最终的结果是一个温和的、模块化的过程，在一个单一的烯烃上一步加两个官能团。

韦斯特总结道:“首先，我们有一个相关分子——烯烃的碳碳双键。”“然后我们添加这种有价值的氟碳化合物，然后锰催化剂游上来，进行自由基配体转移，添加氯、氮或硫原子。”

他指出，莱斯大学和Wang的实验室之间的合作是Kang-Jie Bian从合肥来到莱斯大学的自然结果，他在合肥获得了硕士学位。“我们真正关注的是锰元素方面的工作，Wang的团队不仅带来了光催化方面的专业知识，还开发和测试了碳氟碎片，并表明它们在这个系统中工作得非常好，”West说。

他说，除了药学和材料科学，化学生物学也可以从这一过程中受益，特别是它对pClick的亲和力，这是大米化学家韩晓发现的一种将药物或其他物质附着在抗体上的方法。

Kang-Jie Bian, David Nemoto, Shih-Chieh Kao, Yan He, Yan Li, Xi-Sheng Wang, Julian G. West. Modular Difunctionalization of Unactivated Alkenes through Bio-Inspired Radical Ligand Transfer Catalysis. Journal of the American Chemical Society, 2022