唯一通訊作者！北京大學焦寧教授團隊《Nature》發(fā)文，破解烯烴制備炔烴世界難題

2026年3月16日，北京大學藥學院/天然藥物及仿生藥物全國重點實驗室焦寧教授為論文唯一通訊作者在全球頂尖科研期刊《Nature》發(fā)表題為“Direct conversion from alkenes to alkynes”（烯烴直接轉(zhuǎn)化為炔烴）的研究成果。北京大學為第一完成單位。北京大學藥學院2022級直博生蒙駿鴻為論文第一作者。

北京大學焦寧教授領(lǐng)導的團隊借助一種硒蒽試劑，攻克了自1861年烯烴合成炔烴方法反應(yīng)條件苛刻、適用范圍窄的長期難題，為結(jié)構(gòu)多樣性炔烴的快速獲取及新藥研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

烯烴與炔烴，是現(xiàn)代合成化學的重要基石。從烯烴聚合、硼氫化反應(yīng)、烯烴復分解到點擊化學，相關(guān)突破多次獲得諾貝爾化學獎，足見其科學與應(yīng)用價值。然而，與烯烴來源豐富形成的供需平衡相比，炔烴的供給遠不抵需求——種類有限、價格高昂，嚴重制約了其應(yīng)用。此外，將折線形的烯烴“拉直”為直線型炔烴，這一局部“角度編輯”可重塑分子整體構(gòu)型與性質(zhì)，為新藥研發(fā)開辟新徑。因此，如何將廉價烯烴高效轉(zhuǎn)化為炔烴，成為科學界持續(xù)關(guān)注的焦點。

圖1.烯烴到炔烴轉(zhuǎn)化方法開發(fā)的應(yīng)用價值

這一探索始于1861年，著名的馬氏規(guī)則的提出者馬爾科夫尼科夫首次報道由烯烴合成炔烴，但方法需高溫強堿，官能團兼容性差（圖2）。遺憾的是，此后160余年，始終未出現(xiàn)溫和實用的替代方案。

圖2.烯烴到炔烴經(jīng)典轉(zhuǎn)化的局限性

北京大學焦寧團隊在碳碳鍵的重構(gòu)與轉(zhuǎn)化該領(lǐng)域已經(jīng)深耕多年并積累了豐富經(jīng)驗（圖3），通過他們提出的“級聯(lián)活化”和“熵增重構(gòu)”策略，團隊實現(xiàn)了從碳碳單鍵的氮化重構(gòu)（Science.2020, 367, 281）、到苯環(huán)的開環(huán)轉(zhuǎn)化（Nature.2021, 597, 64），再到碳碳雙鍵的斷裂重構(gòu)（Science.2025, 387, 1083），一系列成果為本次突破奠定了堅實基礎(chǔ)。基于上述級聯(lián)活化思路，團隊另辟蹊徑，沒有繼續(xù)選擇160余年來都在使用的鹵素，而是設(shè)計并尋找具備活化與離去雙重優(yōu)越能力的新型試劑作為開啟這一難題的鑰匙。經(jīng)過系統(tǒng)研究，結(jié)合團隊對其氧化（Acc. Chem. Res.2017, 50, 1640）和鹵化（Acc. Chem. Res.2024, 57, 3161）體系中針對硫（S）、硒（Se）試劑的催化性能研究，最終發(fā)現(xiàn)一種誕生于1894年的含硒雜環(huán)分子——Selenanthrene（硒蒽）兼具這種對烯烴“上得去、下得來”的雙重潛力。有趣的是，自問世130余年以來，合成化學家們對該類分子鮮有問津，幾乎未有研究將其應(yīng)用于合成反應(yīng)之中。正是這枚積滿歷史塵埃的“舊鑰匙”，被團隊用來打開一道塵封了160余年的“鎖”。

圖3.焦寧課題組在碳碳鍵的重構(gòu)與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的代表性工作

深入研究發(fā)現(xiàn)，硒蒽具有獨特的結(jié)構(gòu)與活性，且只需一步即可大量制備、純化簡單、穩(wěn)定易儲存。盡管其自身無法直接與烯烴發(fā)生反應(yīng)，但經(jīng)團隊發(fā)展的級聯(lián)活化策略，該試劑展現(xiàn)出優(yōu)異的對烯烴加成“上得去”的活性，并在弱堿、溫和條件下完成“下得來”的過程，且可被回收循環(huán)使用，從而高效驅(qū)動烯烴向炔烴的轉(zhuǎn)化。該方法由于其條件溫和，展現(xiàn)出優(yōu)異的官能團兼容性：不僅對易發(fā)生消除或取代的敏感基團（圖4），如鹵代烷、對甲苯磺酸酯（OTs）、芴基甲氧基羰基（Fmoc）、三氟乙酸酯、環(huán)氧基等，具有良好的耐受性，醛基、羧基、氨基、酰胺基、疊氮基等活性基團也可兼容。此外，反式、順式及末端烯烴（包括苯乙烯類底物）均可順利轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)了廣泛的底物適用范圍。

圖4.硒蒽介導的烯制炔及代表性產(chǎn)物

通過對反應(yīng)機制的深入解析，團隊以反應(yīng)中間體為切入點，發(fā)展了一系列立體選擇性的轉(zhuǎn)化策略（圖5）。例如，可實現(xiàn)烯烴順式與反式異構(gòu)體的互相轉(zhuǎn)化，以及從順反異構(gòu)體混合物中精準分選出其中一種異構(gòu)體，這是此前已知方法難以實現(xiàn)的。

圖5.烯烴順反異構(gòu)體的互相轉(zhuǎn)化及精準分選

本研究首次實現(xiàn)了以豐富多樣的商品化與天然來源的烯烴為結(jié)構(gòu)模板，快速獲取炔烴，不僅拓寬了結(jié)構(gòu)多樣性炔烴的供給渠道，更為釋放炔烴化學的應(yīng)用潛力奠定了堅實基礎(chǔ)。

作者簡介

蒙駿鴻，2022年本科畢業(yè)于北京大學藥學院，現(xiàn)為北京大學藥學院2022級直博生。研究方向為探索條件溫和的新型官能團轉(zhuǎn)化方式。目前以第一作者或共同第一作者在Nature, Nat. Catal. 發(fā)表研究論文各一篇，遞交發(fā)明專利申請2項。主持基金委青年學生基礎(chǔ)研究項目（博士研究生）。曾獲四次國家獎學金（2019，2020，2021，2025年度），北京大學未名學士榮譽稱號，張禮和院士-浙江醫(yī)藥獎學金，北京市優(yōu)秀畢業(yè)生，北京大學優(yōu)秀畢業(yè)生，三好學生標兵，三好學生等榮譽。

焦寧，北京大學藥學院教授，博士生導師。長期致力于基于碳碳/碳氫鍵活化的分子骨架修飾與重構(gòu)方法學研究，并將新方法應(yīng)用于藥物修飾改造及新藥發(fā)現(xiàn)，在1）氧化反應(yīng)；2）氮化反應(yīng)；3）鹵化反應(yīng)等研究中取得了一系列創(chuàng)新性的成果，提出了氮化反應(yīng)新策略，突破了氧氣由于軌道禁阻難以直接參與氧合反應(yīng)的瓶頸，實現(xiàn)了鹵化反應(yīng)中一些新的活化模式。利用所發(fā)展的氮化、氧化、鹵化反應(yīng)實現(xiàn)藥物活性中間體的綠色、高效合成及修飾，取得了多項創(chuàng)新性成果；獲批發(fā)明專利20余項，發(fā)現(xiàn)了多個新靶點、新機制候選藥物分子，其中用于光動力治療和針對血脂異常的兩個1.1類創(chuàng)新藥物已分別進入臨床II期試驗；以通訊作者在Science、Nature、Nat. Chem.、Nat. Catal.、Nat. Metab.、JACS、ACIE、CCS. Chem. 等雜志發(fā)表論文200余篇，受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。目前擔任Chem. Sci. 副主編及多個期刊編委，以第一完成人先后獲得北京市自然科學一等獎、教育部自然科學一等獎、科學探索獎、新基石研究員等獎項。

編輯、審核：石瑾鵬

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