近日，化材学院郑汉良/朱钢国团队在可见光催化三维分子可控构筑方面取得重要进展，相关研究成果以“Photocatalytic Stereoselective Editing of Alkynes to 3D Molecules via Hydrogen Atom Transfer-Mediated Dynamic Epimerization”为题发表在国际权威期刊Nature Communications (Nat. Commun.2026, 17, DOI:10.1038/s41467-026-69219-0)。

随着“逃离平面”（Escape from flatland）概念的提出，富含sp³杂化的三维（3D）分子骨架在药物研发领域得到广泛关注。作为一种芳环的饱和生物电子等排体，全碳3D结构能显著改善药物分子的理化性质和药代动力学特征，具有重要的合成价值。常见的桥环合成通常依赖繁琐的分步环化路线，显然，从炔烃等一维（1D）分子直接构筑复杂的3D骨架是一种极具吸引力的策略。然而，该策略因为急剧的熵减少变得很难实现，而且，反应面临化学、区域和立体选择性控制的多重挑战。郑汉良等人在他们前期氢原子迁移介导的炔烃可控官能团化反应（Angew. Chem. Int. Ed.2022, 61, e202110864；Nat. Commun. 2022, 13, 4734；Nat. Commun. 2024, 15, 5685；Angew. Chem. Int. Ed.2024, 63, e202405678）基础上，提出原位骨架和立体化学协同编辑策略，成功实现廉价易得的非末端炔烃直接向双环[2.2.1]庚酮等桥环骨架的精准转化。

他们采用十钨酸盐（TBADT）为可见光催化剂，炔烃和ω-卤代醛为1D原料，MeCN为溶剂，50 ^oC进行反应，一步构筑了双环[2.2.1]庚酮和双环[3.2.1]辛酮。反应能同时构建4根化学键和2个全碳环，展现优异的位点、区域及非对映选择性。机理研究表明，反应可能经历一种少见的HAT介导动态动力学拆分（DKR）过程。尽管自由基[3+2]环加成产生的环戊酮中间体非对映选择性较低（dr < 2:1），但随后HAT介导的C(sp³)-H键差向异构化促使非对映异构体之间能相互转化，最终利用两个异构体SN2环化反应速率的差异实现桥环的高度立体选择性合成（dr > 20:1）。该原位骨架与立体化学编辑策略实现罕见的分子骨架与立体化学同步编辑，能有效克服传统立体编辑策略依赖环状前体的不足，已被成功用于新型有机催化剂、C7-功能化的降冰片烯、光电功能材料和强效5-HT_1A受体拮抗剂的高效合成中。总之，该工作不仅能为炔烃这一大宗化学品的维度扩展和高值化利用提供有效途径，而且能为复杂的3D分子逆合成分析提供一种崭新的断键和组装策略。

化学与材料科学学院博士研究生顾振宇为论文的第一作者，郑汉良副教授与朱钢国教授为论文的共同通讯作者，浙江师范大学为论文的第一完成单位。研究工作得到浙江省自然科学基金、国家自然科学基金、浙江省领军型创新团队和金华市科技局的经费支持。

编辑：武艳