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点赞!北大攻克困扰160年的世纪难题,焦宁团队功勋卓著

2026年3月17日凌晨,国际顶级学术期刊《自然》(Nature)在线发表了一项来自中国科学家的突破性研究。北京大学药学

2026年3月17日凌晨,国际顶级学术期刊《自然》(Nature)在线发表了一项来自中国科学家的突破性研究。北京大学药学院、天然药物及仿生药物全国重点实验室焦宁教授团队,借助一种诞生于1894年、尘封了130余年的古老试剂——硒蒽(Selenanthrene),成功攻克了自1861年以来困扰全球化学界的核心难题:如何将廉价、丰富的烯烃高效、温和地转化为高价值的炔烃。这项被誉为“用旧钥匙打开旧锁”的原创性工作,不仅为合成化学提供了全新的“分子编辑”工具,更可能重塑医药、材料等关键产业的底层逻辑。

焦宁教授,北京大学药学院博雅特聘教授、天然药物及仿生药物全国重点实验室副主任,是国家杰出青年科学基金获得者、新基石研究员。他的科研生涯始于山东大学和中国科学院上海有机化学研究所,后在德国马普煤炭研究所从事博士后研究,于2007年加入北京大学。焦宁教授长期致力于绿色合成化学、分子骨架编辑以及基于代谢性疾病的新药发现研究,在碳碳键活化、氧化、氮化、卤化等反应领域取得了一系列国际瞩目的成果。

焦宁团队的核心研究方向是发展新颖、高效的合成方法学,实现对分子骨架的精准“编辑”与重构。他们提出的“级联活化”和“熵增重构”策略,为复杂分子的合成与修饰开辟了新路径。近年来,团队在《科学》(Science)、《自然》等顶级期刊上连续发表重要工作,例如实现了碳碳单键的氮化重构、苯环的开环转化以及碳碳双键的断裂重构,为本次攻克烯烃制炔烃的百年难题奠定了坚实的方法论基础。团队不仅专注于基础科学前沿,也积极推动成果向应用转化,其发展的方法已被用于布洛芬、酮洛芬等多种药物及天然产物的高效修饰。

烯烃和炔烃,是现代合成化学的两大基石。从塑料、橡胶到药物、先进材料,人类社会赖以生存的众多化学品都构建于这两类不饱和碳碳键之上。然而,这对“兄弟”的命运却截然不同:烯烃(含碳碳双键,C=C)来源极其广泛,是石油化工的主要产物,价格低廉;而炔烃(含碳碳三键,C≡C)虽然反应活性高、用途关键,但其合成路径复杂、种类有限,导致价格高昂,严重制约了下游应用。

将储量丰富的“折线形”烯烃双键,“拉直”转化为“直线形”的炔烃三键,这一看似简单的“角度编辑”,却能从根本上改变分子的几何构型、电子性质和反应活性,为创造新物质提供无限可能。正因如此,如何实现这一转化,成为有机合成化学家孜孜以求的“圣杯”。

这一探索始于1861年。俄国化学家、著名的“马氏规则”提出者马尔科夫尼科夫(Vladimir Markovnikov)首次报道了由烯烃合成炔烃的方法。然而,传统方法(如卤化-消除法)存在致命缺陷:反应条件极其苛刻,需要高温、强碱(如KOH、NaNH₂)环境。

这种“暴力”手段如同用炸药拆房子,在改造分子骨架的同时,极易破坏分子上其他脆弱的官能团(如氨基、羧基、醛基、酰胺键等),导致官能团兼容性极差。此外,传统方法对烯烃的立体构型(顺式/反式)缺乏控制力,无法实现异构体的相互转化或精准分离。

在长达160余年的时间里,全球化学家前赴后继,但始终未能找到一种温和、通用、高效的替代方案。这道难题,仿佛被岁月尘封,成为横亘在合成化学发展道路上的一道天堑。

面对这道百年难题,焦宁团队没有沿着前人160年来使用卤素试剂的旧路继续走,而是选择回到化学史的“故纸堆”中寻宝。经过系统性的研究与筛选,他们的目光锁定在一种诞生于1894年的含硒杂环分子——硒蒽(Selenanthrene)上。令人惊讶的是,自问世130多年来,这个化合物几乎被合成化学界遗忘,从未被真正应用于重要的合成反应中。

这枚积满历史尘埃的“旧钥匙”,真的能打开160年的“旧锁”吗?焦宁团队凭借在碳碳键转化领域的深厚积累,给出了肯定的答案。他们发现,硒蒽本身并不能直接与烯烃反应,但其独特的结构蕴含着巨大的潜力。

团队创造性地发展了“级联活化”策略,成功唤醒了硒蒽的双重天赋。在温和的弱碱条件下,经过活化的硒蒽试剂能够精准地“抓住”烯烃分子,完成加成步骤(“上得去”);随后,它又能在完成结构改造使命后,温和地从产物中“脱身”离去,完成消除步骤(“下得来”),并且自身可以回收循环使用。在这一精巧的“分子手术”中,硒蒽扮演了高效催化桥梁的角色,驱动着烯烃向炔烃的温和转化。

随着这项温和、高效、通用的烯烃制炔烃技术从实验室走向产业应用,它有望优化精细化学品的供给结构,降低对复杂合成路径的依赖,为医药、农药、材料等领域注入新的活力。中国科学家正从“分子编辑”这一化学最基础的层面出发,为全球科技创新和产业升级贡献着关键的智慧与方案。