分子编辑术破解百年难题，芳香胺工艺迎来突破

2025-11-01 21:49 北京

他们使用“分子编辑术”破解了领域内的百年难题，让从1884 年沿用至今的芳香胺应用工艺迎来了新突破。

9 月投稿 Nature，10 月就得到刊发。中国科学院大学杭州高等研究院（下称“杭高院”）研究员张夏衡团队的最新 Nature 论文被火速接受。

研究中，他们使用“分子编辑术”破解了领域内的百年难题，让从 1884 年沿用至今的芳香胺应用工艺迎来了新突破，它能通过廉价试剂将芳香胺 C-N 键直接转化为药物所需中间体的 C-X 或 C-C 键，有望规避传统工艺潜在的爆炸风险与重金属污染。它也挑战了延续 140 年之久的工业传统，或将引发一场关于氨基的革新。相关论文被担任其中一位审稿人的美国辉瑞公司研发总监斯科特·巴格利（Scott Bagley）评价为是真正的杰作。

图 | 相关论文（来源：Nature）

据了解，该方法的操作的加料操作极为简洁，无论是实验的学生还是药厂的工人都能够迅速的安全上手投料。它就像是一个多功能接口，可以兼容多样化的分子结构以及氨基位置，都可以实现“脱氨官能团化”。

尽管有企业愿意购买专利，但该团队依然选择公开分享，不仅是为了共享科学价值，更是为了确保这一成果的安全性与可持续性。目前，这一方法已在多种药物中间体修饰中得到成功验证，也已完成公斤级验证。与此同时，张夏衡团队正在与一些药企进行对接，旨在用于合成抗癌药物中间体，未来有望降低某些药物中间体的生产成本。

（来源：Nature）

这一成果要从芳香胺讲起，它好比是构建现代分子世界的一块基础“积木”。并且早已深刻融入人类生活，是农药、抗癌药和一些材料中的常见结构单元。此前，假如想改造这块芳香胺，必须把它变成一种名为重氮盐的中间体，这是一条有效但危险的方法，由于重氮盐非常不稳定，一旦遇到震动或者升温就会爆炸，就好比用“炸药拆墙”一样。对于高度依赖芳香胺经历重氮盐实现官能团化的现代化工厂来说，对它可谓是又敬又怕。而且，传统工艺需要大量铜试剂参与化学反应，这会产生大量的含铜废水，而废水处理会带来高昂的环保成本。重氮盐的安全使用是一个困扰行业 140 年的化学难题，让此前科学家穷尽所有手段也未能成功解决，也让化工业始终被这一高风险中间体束缚着。

张夏衡团队的这一成果所考虑的是：用官能团直接替换“积木”上的氨基。即让芳香胺在温和条件下原位形成 N-硝基胺，再通过脱除一氧化二氮实现 C-N 键断裂，从而打造一条无爆炸风险的脱氨路径。

通过数百次的条件优化，他们反复验证了相关反应的普适性。通过测试上百种芳胺骨架中间体，发现几乎所有芳香胺都能得到高效转化。

这种“分子编辑术”非常简洁，好比一键替换一样，能像改写代码一样改造分子。作为一种直接脱氨的方法，它让人们无需再借助危险的重氮盐作为中介，而是可以在芳香胺上，好比在电脑文档中使用的替换与查找功能一样，将 C-N 键转换为构建药物所需要的各种关键连接。整个过程不仅平稳可控，而且不会积累危险的中间体。

同时，为了进一步提高操作便捷性，他们还开发出一种名为“一锅法脱氨交叉偶联”的策略。使用这一策略时，仅需在脱氨反应中间体之中直接加入相应的偶联试剂，就能在同一反应体系中完成多种交叉偶联反应。这为基于易得原料快速构建复杂分子开辟了新途径，能够推动药物化学领域的研发进程。

这一成果的取得，离不开团队的细心。有一次，研究团队在做完实验之后发现了一些副产物，按照常规操作本该丢弃这些废品，但是经过仔细分析之后，他们意外“撞”出了本次成果，最终让论文发在 Nature 上。杭高院化材学院博士后屠广亮、研究生肖可、副研究员陈小平和中国科学院上海有机所研究生许浩然为文章共同第一作者，张夏衡和中国科学院上海有机所研究员薛小松担任通讯作者。该工作同时得到了美国《化学与化工新闻》的报道，德国马克思-普朗克煤炭研究所所长托比亚斯·里特（Tobias Ritter）将该反应评价为“可靠且极为实用”。