原子经济性(Atom Economy)是绿色化学的核心概念之一,它考虑的是在化学反应中究竟有多少原料的原子进入到了产物之中。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”。伯胺是有机合成化学中的重要原料和中间体,许多药物中也含有伯胺结构片段。Gabriel反应作为制备伯胺的重要手段,在制得产物的同时会产生等摩尔的伴生产物,使整个反应的原子经济性极差。因此,发展绿色、高效的伯胺制备和保护技术具有重要意义。
张为革/包凯/关奇课题组在前期考察微管蛋白秋水仙碱结合部位抑制剂的化学特性时发现:3,4-二芳基-1H-吡咯-2,5-二酮类化合物经碱水解和酸处理后可生成3,4-二芳基呋喃-2,5-二酮类化合物(Microwave-assisted Synthesis and Biological Evaluation of 3,4-Diaryl Maleic Anhydride/N-Substituted Maleimide Derivatives as Combretastatin A-4 Analogues. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 2015, 25(3), 631-634)。在这一发现的启发下,首次提出了“通过将化学反应中的伴生产物直接转化为反应试剂来提升化学反应原子经济性”的原创性理念。关奇、蒋明阳等多位课题组成员共同努力,建立了“通过3,4-二芳基呋喃-2,5-二酮→3,4-二芳基-1H-吡咯-2,5-二酮类化合物→N-烃基-3,4-二芳基-1H-吡咯-2,5-二酮三种物料的循环使用,以卤代烃和氨为原料制备伯胺的原子经济性新途径”,并在此基础上发展了“保护伯胺的原子经济性新方法”。相关技术方法已申请中国发明专利并已获得授权(ZL201210459222.0)。相关基础研究结果以“Direct Cycle between Coproduct and Reactant: An Approach to Improve Atom Economy and Applications for the Synthesis and Protection of Primary Amines”为题,发表在英国皇家化学会期刊Green Chemistry(IF=9.125)上,并被选为当期刊物的封底文章。
该论文的第一作者为制药工程学院青年教师关奇博士,参与研究工作的包括蒋明阳、吴军辉、翟延鹏、吴越等硕士研究生,通讯作者为包凯副教授、张为革教授。该项工作得到国家科技重大专项(2012ZX09103101-060)、国家自然科学基金(81502932)等资助,并获得沈阳市自然科学学术成果一等奖。