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深耕有机合成方法学 探索化学新范式
文章字数:1566
中国科学技术大学博士研究生张天泽。 在中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心的实验室里,博士研究生张天泽日复一日地与瓶瓶罐罐和精密仪器为伴,沉浸在有机分子构筑的微观世界里。这位师从黄汉民教授的年轻学子,以其在有机合成方法学领域的创新性成果,正逐渐在化学研究领域崭露头角。
厚积薄发
从竞赛场到实验室的科研之路
张天泽的科研之路始于本科阶段的扎实积累。早在本科期间,他就展现出不凡的实验和创新思维能力,曾代表中国科学技术大学带队参加第一届全国大学生化学实验创新设计大赛,凭借出色的表现夺得特等奖。这段经历不仅磨炼了他的实验技能,更培养了他解决复杂科学问题的能力。
进入研究生阶段后,张天泽在黄汉民教授的指导下,专注于有机合成方法学的研究,特别致力于新型胺甲基化、烷基-烷基成键反应的开发。他的努力很快结出硕果——以(共同)第一作者身份在高影响力期刊上发表多篇重要论文,并在2021年和2023年两度荣获国家奖学金这一中国高等教育领域最高荣誉。2025年,他站上了美国化学会春季年会的讲台,向国际同行展示自己的研究成果。
创新突破
开辟“金属电子梭催化”新范式
张天泽的博士研究工作主要围绕“金属电子梭催化”和“光催化胺甲基化”两个前沿方向展开。烯烃的“双碳”化反应是有机合成中的重要过程,能够通过一步反应向烯烃两端同时引入两个碳官能团,从而高效构建复杂分子。然而,传统烯烃双烷基化反应长期面临底物受限、步骤经济性差等瓶颈问题。
在黄汉民教授的悉心指导下,张天泽与研究团队成员经过长期艰苦探索和大量实验尝试,创新性地提出了“金属电子梭催化”新范式。这一创新策略利用金属催化剂作为电子梭来引发和淬灭自由基,借助自由基对不饱和键的加成实现多个烷基碳碳键的构建,巧妙地避免了不稳定烷基金属中间体的产生。
基于这一策略,研究团队使用氮氧缩醛和卤代烃作为烷基化试剂,成功实现了普适性的非活化烯烃的双烷基化反应。“这项工作的意义在于,我们找到了一条更为直接、高效的路径来构建多根碳-碳键,这好比为有机化学家提供了一位更灵巧的‘分子裁缝’。”张天泽这样比喻他的研究工作。
另辟蹊径
革新三级胺合成传统路径
三级胺作为一类重要的结构单元,广泛存在于药物分子和天然产物中。然而,传统三级胺合成方法主要通过碳-氮成键反应进行,存在副反应多、对大位阻胺兼容性差等固有局限。
面对这一挑战,张天泽所在的研究团队独辟蹊径,提出从简单三级胺分子出发,通过惰性碳-氢键的活化与烷基-烷基键的构建,直接实现其烷基化修饰的创新思路。利用这一设计,研究团队成功实现了包括β-氨基酸在内的多种复杂胺类分子的合成,突破了原有合成逻辑的限制。
“我们的方法好比是‘旧瓶装新酒’,着眼于大家熟悉的分子,却开辟出了全新的合成路径。”张天泽解释道。这项工作为三级胺的精准合成与修饰提供了一条变革性的路线,有望改变传统胺类化合物合成的思维方式。
张天泽的研究不仅具有重要的理论价值,更展现出广阔的应用前景。他对金属电子梭催化范式和胺甲基化反应的深入研究,有望引领开发新的有机化学成键方法,克服传统反应中烷基-烷基键构建效率低、选择性差等长期存在的难题,进一步丰富有机化学家构建复杂有机分子的工具库。
尤为值得一提的是,利用这些创新方法,研究团队已成功实现了爱维莫潘、甲哌啶嗪等多种药物分子的高效合成。这一进展不仅为药物研发及相关功能分子的构筑提供了简洁、高效的路径,也有望推动合成化学在方法学层面与产业应用端的协同发展。
作为青年托举人才的优秀代表,张天泽始终保持着对科学探索的热忱与执着。在他看来,有机合成方法学的研究就像解一道永无止境的谜题:“每个分子的构建都是一次新的挑战,而每次突破都为我们打开一扇通往新世界的大门。”他的科研之路,正如同他研究的分子构筑过程一样,在精准设计与持续探索中,不断书写着新的篇章。
(全媒体记者许鸿儒韩如意)