来源：

伊利诺伊大学香槟分校

总结：

化学家们一直认为，氮是一种对许多药物和其他生物活性分子有益的成分，把它加入到一个碳氮键中，需要权衡催化剂反应活性和选择性。但是一项新的锰基催化剂给研究人员带来了一个高效、低成本的方案。

化学家们一直认为，氮是一种对许多药物和其他生物活性分子有益的成分，把它加入到一个碳氮键中，需要权衡催化剂反应活性和选择性。但是一项新的锰基催化剂给研究人员带来了一个高效、低成本的方案。

伊利诺斯州化学教授克里斯提娜·怀特领导的研究小组在《自然化学》期刊上发表了他们的工作。这种催化剂将在今秋从西格玛-奥德里奇(产品编号799688)实现商业化。

 “氮在制药和自然界的分子中无处不在，是具有强大的生物活动，”怀特说。“我们报告的反应允许化学家获取天然产物和含有酒精的候选药物，把一个碳氢键和三个不含酒精的碳棒转换为碳氮键。把碳氢键转换成碳氮键的反应可以改变一个分子的溶解度和生物学特性，加速药物开发。”

这类反应的催化剂基于贵金属，如铑，它具有活性并不十分挑剔，这意味着他们可以在规定以外的地方进行反应。铑基催化剂，是怀特实验室过去的一个成果，具有高度选择性，能准确地注入氮，但活性较低，只能和较弱的化学键反应。

能够普遍接受的是，反应活性和选择性呈负相关，特别是当它遇到困难的转换，如碳氢键功能化，”怀特说道。“这就像使用一个强力清洗器和一个冲牙器之间的区别一样。当您变得更具选择性，更具针对性，您可能会变得不那么强大。当您变的更有力、更强大的时候，您就失去了调整的能力。”

 “我们发现了一种催化剂，它可以挑战这种反应活性-选择性原理范例，”怀特说道。

虽然贵金属长期以来因其可预测和可控制的化学反应，受到人们的青睐，但是怀特研究小组这种金属的性质在地壳中含量丰富，鲜有记录并且难以驯服。在考虑铑基催化剂和铁基催化剂的不同机制后，研究人员推测，，锰可能处于中间状态，导致混合的反应活性和选择性。然而，他们发现相反的是，锰基催化剂是非常具有活性的，甚至超过铑基催化剂，并且具有铁基催化剂中发现的高度选择性。

 “使这种催化剂如此特别的是，它拥有其他两种催化剂最好的部分，并把它们结合在一起，”研究生詹尼佛·格里芬说道，她是该论文的作者之一，现在是哈佛大学博士后研究员。“我一直认为碳氢键催化剂反应活性和选择性是两个不想排斥的属性。现在，通过观察这些不同的金属，我发现它们不是排斥的，您可以同时拥有它们。”

和铑与其他贵金属相比，锰有很多优势，研究人员说道。它比铑丰富1000万倍，所以用于大型药品生产更具成本效益。此外，锰毒性要小得多。他们在酶的整个身体中发现，被用作多种维生素的一种成分。这表明，任何催化剂制成的药物或化合物都会含有高浓度催化剂残留，会很少需要成本昂贵和冗长的提纯。

 “它确实展示了开发这类类型的金属的重要性，希望取代更昂贵的贵金属，”格里芬说道。“这真令人兴奋，很期待其他类型的催化剂能为其他类型的程序开发什么。”

研究人员希望，高反应性和高选择性的结合将给化学家带来福音，他们致力于识别和合成新的候选药物。通过添加氮和另一个未访问功能组对分子结构和功能进行微调，可以通过影响它和其他分子之间的相互作用及其可溶性，极大地改变分子在体内的工作方式。

 “在药物化学领域，您可以想象，您可以通过一种高选择性和反应活性的催化剂，把氮放入一个原子的不用链接中，开辟一个全新的功能搜索领域，”赵金鹏说道，他是一名研究生也是这篇报道的合著者。“它改变了人们修改生物活性分子的方式，为自然界分子添加新功能带来了新的可能。”

例如，怀特小组展示了能力，通过修改化学改造一个潜在的抗生素分子，改变候选药物,dihydroplueromutilone,使用先前开发的铁基催化剂组合，把氧气和新锰基催化剂注入到氮气中。

研究人员将继续探索地球金属，来催化其他碳氢键反应，打开更多的药物开发途径。他们还将探索其他锰基催化剂系统，来发挥分子间的反应，不依赖于拥有一个附近的醇基。

 “最终我们的目标是开发一套高活性和选择性催化剂，使您能够在每一种类型的复杂分子碳氢键设置中，精确添加氧气、氮气和二氧化碳。”怀特说道。

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以上文章转载来自伊利诺伊大学香槟分校提供的资料。注：资料内容和长度可能被编辑。

期刊引用：

Shauna M. Paradine, Jennifer R. Griffin, Jinpeng Zhao, Aaron L. Petronico, Shannon M. Miller, M. Christina White. A manganese catalyst for highly reactive yet chemoselective intramolecular C(sp3)–H amination. Nature Chemistry, 2015; DOI: 10.1038/nchem.2366