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        通過(guò)仿生設(shè)計(jì)，該團(tuán)隊(duì)提出級(jí)聯(lián)活化的策略，首次解決了惰性芳香化合物選擇性催化開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)化的重大科學(xué)難題，開(kāi)發(fā)出了一種新型催化惰性碳碳鍵活化模式，實(shí)現(xiàn)了苯胺等多種簡(jiǎn)單易得的芳烴衍生物到烯基腈的轉(zhuǎn)化，取得了該領(lǐng)域的突破性進(jìn)展，或?yàn)橥苿?dòng)煤炭液化、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、石油裂解等提供新思路。

 

        碳碳鍵是構(gòu)筑大部分有機(jī)分子骨架的最基本結(jié)構(gòu)，其選擇性斷裂反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)分子骨架的直接修飾改造，也被認(rèn)為是新一代物質(zhì)轉(zhuǎn)化的途徑。但是，由于鍵能高、活性低、選擇性難以控制等挑戰(zhàn)性，碳碳鍵的斷裂轉(zhuǎn)化是化學(xué)領(lǐng)域公認(rèn)的難題之一。自1825年法拉第發(fā)現(xiàn)苯以來(lái)，芳環(huán)由于其共軛、穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，如何通過(guò)催化實(shí)現(xiàn)芳環(huán)選擇性的開(kāi)環(huán)斷裂轉(zhuǎn)化更是鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。

 

        芳環(huán)作為有機(jī)分子最基本的結(jié)構(gòu)之一，廣泛存在于藥物分子，功能材料和化工原料中。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，石油芳烴裂解和燃煤芳烴液化所依賴的氫化裂解技術(shù)通常依賴極高的反應(yīng)溫度，而芳烴的還原斷裂產(chǎn)物選擇性差，很大程度上限制了此反應(yīng)的應(yīng)用。盡管自然界通過(guò)復(fù)雜的酶催化的過(guò)程，能夠?qū)崿F(xiàn)芳環(huán)的氧化開(kāi)環(huán)代謝，但相關(guān)催化過(guò)程很難在化學(xué)合成中完成。

 

        焦寧研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了銅催化的級(jí)聯(lián)活化策略，通過(guò)產(chǎn)生高活性的雙氮賓中間體，首次完成了對(duì)一系列芳烴衍生物的高選擇性開(kāi)環(huán)斷裂轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高附加值烯基腈類(lèi)化合物的高效合成，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步反應(yīng)，就可以得到用來(lái)制備尼龍66的己二腈等原料。該研究不僅實(shí)現(xiàn)了溫和條件下芳環(huán)選擇性斷裂開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)化，也為惰性碳碳鍵的活化提供了新的思路。

 

        “打一個(gè)不是十分恰當(dāng)?shù)谋扔鳎覀兊难芯拷Y(jié)果就像找到了一個(gè)切割玉石的方法。芳環(huán)由于其電子共軛特性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)固，難以開(kāi)環(huán)斷裂轉(zhuǎn)化。就像一塊玉石原石，如果不經(jīng)過(guò)切割打磨，難以做成精美的玉器，但自芳環(huán)發(fā)現(xiàn)以來(lái)，科學(xué)家一直沒(méi)有找到切開(kāi)芳環(huán)轉(zhuǎn)化的溫和方法，就像找不到切割打磨玉石的工具，難以將外表普通的原石打造成精美高價(jià)值的玉器，很難實(shí)現(xiàn)其價(jià)值最大化。”焦寧說(shuō)：“此次發(fā)現(xiàn)，就是像是找到了精準(zhǔn)切割原石的‘激光刀’，可以高效實(shí)現(xiàn)一些取代芳環(huán)的切割開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)化。”

 

        據(jù)了解，這類(lèi)新反應(yīng)的高效實(shí)現(xiàn)，有望為來(lái)自原油和煤炭的簡(jiǎn)單芳烴的高值轉(zhuǎn)化提供新的途徑，也會(huì)為生物質(zhì)的降解利用、為功能材料分子及藥物活性分子的修飾提供新方法。