凌晨发表！北大再解世界难题，用了130年前的“旧钥匙”

今天凌晨

北京大学药学院焦宁教授课题组

在Nature上在线发表研究论文

巧妙借助一种尘封130余年的硒蒽试剂

攻克了160余年以来由烯烃合成炔烃的化学难题

烯烃中的碳碳双键是“折线形”骨架

而炔烃中的碳碳三键则是“直线形”结构

如何将前者转化为后者

是困扰科学界长达一个多世纪的难题

团队另辟蹊径用一把被遗忘百余年的“旧钥匙”

——硒蒽试剂

成功将丰富廉价的烯烃

精准重塑为高价值的炔烃

打通了分子合成的“高速公路”

这一突破不仅解锁了含炔分子的高效合成

更将为医药健康、材料科学等领域

带来源头创新的无限可能

文章发表截图

焦宁团队合影

焦宁教授

一道“烯制炔”的世界难题同族不同性的C=C与C≡C

想象一下，如果常用药物和高科技材料的生产，能够更加快速、便宜，那会怎样？这意味着最前沿的分子创新，将不再被禁锢在实验室的瓶瓶罐罐里，而是能以更快的速度，走进医院、工厂，快速惠及我们每一个人。然而，在分子合成中，一些看似基础的转化却困扰化学家百余年。其中之一，就是如何将来源丰富、价格低廉的烯烃，一步转化为功能强大的炔烃。一旦突破，它将成为分子合成领域的“高速公路”，为药物研发和新材料的设计，打开一扇前所未有的大门。

烯烃与炔烃，是现代合成化学的重要基石——它们不仅支撑着医药健康、材料科学，也早已深入我们日常生活的方方面面。这对碳碳不饱和键兄弟的每一次登场，都曾改写化学的版图：烯烃聚合开启了塑料时代，烯烃复分解为分子搭建新桥梁，炔烃的点击化学则在生物正交反应中掀起革命。纵观化学发展史，关于烯烃与炔烃的转化进展屡屡获得诺贝尔奖，足见这对兄弟的分量。

虽然同为碳碳键家族且都是合成化学的基石，它们的处境却大不相同：烯烃来源丰富、成本低廉，与其广泛应用形成了良性平衡；而炔烃的供给却远无法满足需求——其种类有限、价格高昂，严重制约了下游应用的发展。

此外，将烯烃中折线形的碳碳双键“拉直”为炔烃中直线型的三键，这一局部“角度编辑”实现的分子骨架重构，将引起分子整体形状与性质的改变，这种“四两拨千斤”的设计与改造将拓展分子化学空间、促进活性药物分子及功能分子的创新与发现。因此，如何将廉价丰富的烯烃高效转化为炔烃，是科学界持续关注的焦点问题。

烯烃到炔烃转化的应用价值

这一探索可追溯至19世纪。著名的马氏规则提出者马尔科夫尼科夫首次报道了由烯烃合成炔烃的方法，但该方法条件苛刻，需使用高温、强碱，绝大多数含有官能团的分子无法耐受，应用范围极为有限。此后160余年，化学界持续攻关，却始终未能找到一种温和、实用的替代方案。烯烃到炔烃的路，看得见，却走不通。

经典的烯烃到炔烃的转化方式，条件苛刻导致应用范围有限

潜心深耕，突破之上的突破从碳碳单键的氮化重构、苯环开环到碳碳双键重构的接力

北京大学焦宁团队在碳碳键的重构与转化该领域已经深耕多年并积累了丰富经验，通过他们提出的“级联活化”和“熵增重构”策略，团队实现了从碳碳单键的氮化重构（Science2020, 367, 281）、到苯环的开环转化（Nature2021, 597, 64），再到碳碳双键的断裂重构（Science2025, 387, 1083），一系列成果为本次突破奠定了坚实基础。

焦宁课题组在碳碳键的重构与转化领域的代表性工作

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另辟蹊径，一把尘封已久的钥匙硒蒽，碳碳键转化的“点金术士”

基于上述级联活化思路，团队另辟蹊径，没有继续选择160余年来都在使用的卤素，而是设计并寻找具备活化与离去双重优越能力的新型试剂作为开启这一难题的钥匙。经过系统研究，结合团队对其氧化（Acc. Chem. Res. 2017, 50, 1640）和卤化（Acc. Chem. Res. 2024, 57, 3161）体系中针对硫（S）、硒（Se）试剂的催化性能研究，最终发现一种诞生于19世纪末的含硒杂环分子——Selenanthrene（硒蒽）兼具这种对烯烃“上得去、下得来”的双重潜力。

有趣的是，自问世130余年以来，合成化学家们对该类分子鲜有问津，几乎未有研究将其应用于合成反应之中。正是这枚积满历史尘埃的“旧钥匙”，被团队用来打开一道尘封了160余年的“锁”。也正是有赖于焦宁团队在碳碳键转化领域长期以来的投入和探索，让他们拥有最终发现硒蒽的坚持与韧性。

焦宁团队深入研究发现，硒蒽具有独特的结构与活性。尽管其自身无法直接与烯烃发生反应，但经团队发展的级联活化策略，该试剂展现出优异的对烯烃加成“上得去”的活性，并在弱碱条件温和条件下完成“下得来”的过程。它就像一位“做好事不留名”的活雷锋，在烯与炔之间架起一座天桥桥梁，精准符合了高效驱动烯烃向炔烃转化的要求。

由于其条件温和，这种手段可兼容多种敏感官能团及实现复杂分子修饰，突破了传统方法的局限。同时，硒蒽只需一步即可大量制备，纯化简单，稳定易储存且可回收循环使用。通过对反应机制的深入解析，团队以反应中间体为切入点，发展了一系列灵活的转化策略。例如，可实现烯烃顺式与反式异构体的互相转化，以及从顺反异构体混合物中精准分选出其中一种异构体，这是此前已知方法难以实现的。

“硒蒽”介导的烯烃制备炔烃反应，及代表性转化应用展示

本研究首次实现了以丰富多样的商品化与天然来源的烯烃为结构模板，快速制备炔烃，不仅拓宽了炔烃的合成路径，更为释放炔烃结构多样性化学的应用潜力奠定了坚实基础。它有望优化部分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、材料等领域提供更丰富、更具经济性的炔烃来源。

北京大学药学院2022级直博生蒙骏鸿为论文第一作者，焦宁教授为通讯作者。北京大学药学院和天然产物及仿生药物全国重点实验室为第一通讯单位。该项研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和新基石科学基金等项目支持。

来源 |北京大学融媒体中心、北京大学药学院

采访&编辑 | 吴卓颖

排版 |岳羽辰

责编 |陈蕾

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