重磅！杭高院团队《Nature》发文，“分子编辑术”破百年困局，这项突破将让药物合成更安全、更便宜

就在今天凌晨，国际顶尖学术期刊《Nature》（《自然》杂志）上线了一篇来自中国年轻科学家团队的重磅成果“Direct deaminative functionalization with N-nitroamines（N-硝基胺介导直接脱氨官能团化）”。这不是一次寻常的发表：从投稿到录用仅一个多月，从投稿到见刊仅不到50天，创下罕见高效的Nature投稿纪录；四位审稿人一致给出高度评价，其中辉瑞公司高级研发总监Scott Bagley更评价其为“true tour de force”（真正的杰作）。

这项颠覆性技术的背后，是国科大杭州高等研究院“85后”教授张夏衡带领团队历时三年、数千次实验的执着探索。

这是一场关于“氨基”的革命，也是一次对延续140年工业传统的勇敢挑战。

一块“基础积木”，困住了一代代化学家

你可能从未听过“芳香胺”这个名字，但它早已悄然融入你的生活。它是抗癌药、抗抑郁药、农药乃至新型材料中的常见结构单元，堪称构建现代分子世界的“基础积木”。

然而，一个多世纪以来，化学家们若想改造这块“积木”，却不得不走一条危险又低效的老路：先把它变成一种叫“重氮盐”的中间体。

“这就像用炸药拆墙。”张夏衡教授在接受采访时形象地比喻，“重氮盐极不稳定，震动或升温就可能爆炸。现代化工工厂既怕它，可又不得不依赖它。”

不仅如此，传统工艺还需大量铜试剂参与反应，产生大量含铜废水——环保成本高昂，三废处理成为行业痛点。一百多年来，科学家们尝试了多种手段改进，但始终未能摆脱这一高风险中间体的束缚。

“我们一直在想：能不能跳过这一步？直接把‘积木’上的氨基拿掉，换上我们需要的官能团？”张夏衡说。这个念头，早在他回国之初就已萌生。

偶然发现的“幸运”，源于三年坚持

科学的突破，常常被描述为灵光乍现的瞬间——但只有真正走进实验室的人才知道，那道光往往诞生于成百上千个黯淡无光的日夜之后。

一次偶然，实验室里一名学生做完实验后发现了一些副产物。按惯例，这些“废品”本该被丢弃，但通过细致的分析后，张夏衡团队发现了它的价值。

其实早在1893年，这种名为“N-硝基胺”的化合物就已经被国外化学家报道过，但它像一个被遗忘的孤儿，没人去深究它的反应潜力。

这个“意外”成了整个研究的转折点。团队迅速意识到：如果能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（N₂O）实现C-N键断裂——那不正是梦寐以求的“无爆炸风险脱氨”路径吗？

“灵感有时不是设计出来的，而是‘撞’出来的。”张夏衡笑着说，“我们很幸运，站在了前人的肩膀上，看到了他们没看到的方向。”

接下来近一年时间，团队进行了数百次条件优化，反复验证反应的稳定性与普适性。他们测试了上百种药物分子骨架，包括多氮杂环、稠环体系等复杂结构，结果令人振奋：几乎所有的芳香胺都能高效转化！

“分子编辑术”：一键替换，像改写代码一样改造分子

面对百年困局，张夏衡团队交出的答案，简洁得惊人。

他们开创的“直接脱氨”策略，就像是一场温和而精准的“分子手术”：科学家们无需再借助危险的“重氮盐”作为中介，而是直接在芳香胺这块“基础积木”上操作，像使用“查找与替换”功能一样，将稳定的C-N键，轻松转换为构建药物所需的各种关键连接（C-Br、C-Cl、C-C等）。更重要的是，整个过程平稳可控，没有危险中间体积累。张夏衡笑称，“一个普通药厂的工人，看了我们的配方就能操作。”

芳香胺的直接脱氨官能团化反应

更令人惊叹的是，这项技术几乎适用于所有类型的药物分子结构。“就像一个万能接口，不管分子长什么样、氨基在哪个位置，我们几乎都能‘接上’想要的官能团。”张夏衡说。

正因如此，这项技术展现出巨大的产业价值。“有企业愿意花重金购买专利，”张夏衡坦言，“但我们选择了公开发表。因为科学的价值在于共享，尤其当它关乎安全与可持续时。”

目前，该方法已在多种药物分子修饰中验证成功，团队已经与一些药企对接，将其应用于抗癌药物中间体的合成。据估算，新技术有望将某些药物中间体的生产成本降低40%至50%，并实现吨级绿色生产。

从烧瓶走向工厂，这条路正在铺平。

而未来，或许每一粒更安全、更廉价的药片背后，都藏着这场静默却深刻的“分子革命”。

扎根杭州：一群青年科学家的绿色理想

作为国科大杭高院2021年引进的首位“海外优青”，张夏衡自美国普林斯顿大学师从诺贝尔奖得主戴维·麦克米伦（David MacMillan）归来后，便立志要做“真正能走出实验室、服务产业”的研究。

“杭州不仅有西湖，更有蓬勃发展的生物医药生态。”他说，“杭高院鼓励我们对接企业，在走访中我们发现，很多药企都在为重氮工艺的安全隐患头疼——这恰好与我们的研究方向不谋而合。”

三年磨一剑。此前，他已在《Nature》发表两篇重要论文，此次第三篇正刊上线，标志着他在绿色合成领域的持续深耕迎来里程碑式突破。

当被问及“什么是你心中理想的化学”时，张夏衡沉思片刻，答道：“我希望未来的合成，不再是蕴含潜在风险的操作，而是像搭积木一样安全、清洁、可预测。化学不该伤害人，也不该伤害地球。”

这句话，或许正是这项研究最深刻的注脚。

在“双碳”目标成为全球共识的今天，绿色化学正从理念走向刚需。张夏衡团队的技术不仅避免了爆炸风险，更大幅削减了重金属污染与三废处理负担，为化学工业的绿色转型提供了一条清晰、可行的路径。

今天，《Nature》的在线页面点亮了一项属于中国青年科学家的荣耀。但对张夏衡和他的团队而言，这并非终点，而是新征程的起点。他们正聚焦于绿色药物合成、可见光催化、活性分子精准修饰等更多前沿方向，继续推动实验室技术走向产业化。

百年前，人类用烈性炸药般的重氮化学敲开了芳香环功能化的大门；百年后，在西子湖畔，一群年轻的中国科学家用智慧与坚持，点燃了一盏更安全、更清洁的灯。

这束光，源自实验室的方寸之间，照亮的却是通往可持续未来的宽阔大道。