2025年11月4日，我院天然药物及仿生药物全国重点实验室焦宁教授团队在Angewandte Chemie International Edition上在线发表题为“Decarboxylative Arene Ring-Opening of Benzoic Acids”（苯甲酸的脱羧芳烃开环）的原创型工作。研究团队发展了一种以PDPP（4-哌啶基吡啶）/铜协同催化的脱羧氮化芳环开环反应。通过引入新型氮试剂，实现了惰性苯甲酸的脱羧、芳环断裂和不饱和链式产物构建的“一步三连”新转化。
自1865年凯库勒提出苯的芳香性结构以来，芳香化合物的化学反应已成为现代有机化学与化工产业的重要支柱。然而，传统的芳烃转化主要集中于碳氢键的官能团化（如傅克反应）和去芳构化反应，而芳环骨架的直接断裂和开环转化由于芳香稳定性和碳碳键的高键能，长期以来研究进展缓慢。如何高效切断苯环骨架并释放其潜在不饱和度，一直是有机化学领域的重大挑战。
焦宁教授团队长期致力于碳碳键断裂转化反应的研究（Acc. Chem. Res. 2014, 47, 1137; Acc. Chem. Res. 2017, 50, 1640; Acc. Chem. Res. 2025, 58, 1003），代表性工作包括基于碳碳单键断裂的胺化反应（Nat. Chem. 2019, 11, 71）、基于碳碳单键断裂的以硝基甲烷为氮源的施密特反应（Science. 2020, 367, 281）以及基于碳碳双键断裂的复杂烯烃分子重构（Science. 2025, 387, 1083）。特别地，针对苯环开环这一挑战，该团队率先实现了铜催化的苯胺和苯硼酸等活化苯环的开环氮化反应，为通过选择性断裂苯环碳碳键制备高附加值的己二烯二腈不饱和共轭骨架，提供了一种简便有效的方法（Nature. 2021, 597, 64），并提出了新颖的卡宾辅助苯环开环策略，通过芳环不饱和度释放，成功合成了扩展共轭体系的有机化合物（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 16963）。
近期，焦宁教授团队在前期碳碳键断裂研究基础上，借鉴微生物“β-酮己二酸途径”中苯甲酸的降解机制，发展了一种在温和条件下启动的脱羧氮化反应体系。该体系以新型酰基叠氮试剂为关键活化试剂，在PDPP（4-哌啶基吡啶）与铜协同催化下，实现了苯甲酸类化合物的脱羧芳环开环，高效构建了共轭二烯二腈类线性骨架（图1）。该反应展现出优异的底物适用性，卤素、酯基、氰基、甲氧基、硫醚、烷基等多种官能团取代的苯甲酸均可顺利转化，环丙基、炔基及杂环取代底物也表现出良好兼容性。该体系还可拓展至萘甲酸类底物，最高收率达86%，显示出在更大共轭体系中的应用潜力。值得关注的是，研究团队进一步将该方法应用于药物分子及天然产物衍生物的后期修饰，即使在复杂分子骨架中仍能实现芳环的选择性断裂与环状至线性结构的高效转化。该研究不仅突破了传统芳香化学的认知边界，也为实现苯环的“开环—重构”化学提供了新思路。
图1. 苯甲酸芳环开环反应
夜色直播-夜色直播app-夜色直播下载 2021级博士生朱铭辉为第一作者，焦宁教授为通讯作者。夜色直播-夜色直播app-夜色直播下载 和天然药物及仿生药物全国重点实验室为第一通讯单位。该项研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和新基石科学基金等项目支持。
论文链接：//doi.org/10.1002/anie.202520084
天然药物及仿生药物全国重点实验室
