国科大团队找到更安全经济的芳香胺应用路径
当我们感冒吃药、农作物喷洒农药，甚至染头发时，可能很少会想到，这些生活中常见的产品，背后都离不开一类叫做“芳香胺”的化学中间体。它就像微观世界里的万能积木，能搭建出各式各样的分子结构。
然而，自1884年以来，为了高效利用这块“积木”，全世界的工厂和实验室大多都沿用着同一条经典路径——桑德迈尔反应（Sandmeyer Reaction）。这条路虽然有效，却代价高昂：反应过程中会产生像“炸药包”一样不稳定的重氮盐，一不小心就可能爆炸；同时，它还需要大量铜催化剂，后续处理含铜废水成本极高，甚至超过原料本身。
那么有没有一条更安全、更经济、更环保的新路可走？
日前，国科大杭州高等研究院张夏衡研究团队，提出了借助N-硝基胺实现直接脱氨官能团化的全新方法，能够高效将惰性芳香族碳-氮键直接转化为多种重要化学键。
张夏衡在科技成果交流会上作报告
困扰学界的“老路”
桑德迈尔反应是有机化学教科书中的经典内容，但它在工业化应用中一直面临两大难题：安全风险与重金属污染。“重氮盐化学性质很不稳定，对冲击、摩擦甚至温度变化都比较敏感，通常需要在0-5摄氏度的冰水浴中操作，”张夏衡解释道，“这些年，从实验室到工厂，由它引发的爆炸事故并不少见。”
此外，反应中使用的铜催化剂会造成严重的环境负担。有企业透露，在处理200吨药物中间体时，处理含铜废水的费用甚至远超原料成本。
“抄近路”的智慧
面对这道百年难题，张夏衡团队绕开了传统反应中必须的“重氮盐”环节，创新性地提出了一种“直接脱氨”策略。他们发现，在芳香胺中加入一点点普通的硝酸，就能在反应体系中瞬间形成一个名为“N-硝基胺”的中间产物。这个中间体就像个“临时驿站”，不会在体系中停留累积，一旦生成就会迅速转变为目标产物。
这样一来，爆炸风险大大降低，重金属铜也被彻底抛弃，整个工艺流程变得简单、安全且绿色。
更让团队惊喜的是，这条新路径还是个“不挑食”的多面手。它几乎适用于所有类型的药用芳香胺，不受结构和位置限制，并能轻松将胺基（C-N键）转换为构建药物所需的各种关键连接（如C-Br、C-Cl键等）。
芳香胺的直接脱氨官能团化反应
未来或已来
团队还进一步升级技术，开发了“一锅法脱氨交叉偶联策略”。这就好比把各种原料一起“丢”进一个反应锅，出来直接就是“成品”，大大简化了复杂药物的合成步骤。例如，合成治疗关节炎的药物“依托考昔”，步骤可以从传统的5步缩减至3步，产率却十分可观。“操作简单到工厂工人拿着配方单就能复制。”张夏衡说。
对于网络上“学生加错试剂撞大运”的传闻，张夏衡笑着澄清：“科学发现没有那么多戏剧性。”他介绍，团队自2021年起就深耕于此，N-硝基胺也只是他们系统筛选的上百种试剂之一。
2022年底，他们在与企业合作中首次捕捉到这个中间体，并通过单晶衍射确认了它的“身份”。“当时它在体系里含量只有百分之几，通常被认为是‘副产物’。但我们相信，所有副产物都可能是未被发现的主产物。”正是这种不放过任何一个细节的严谨，让他们抓住了关键线索。
这项成果自2023年底起已申请多项专利。目前，公斤级生产测试已成功完成，百公斤乃至吨级测试也在推进中。
论文在《自然》（Nature）发表后，迅速获得全球学界和工业界的关注。辉瑞公司高级研发总监实名赞誉其为“真正的杰作”；诺贝尔化学奖得主David MacMillan也发来邮件祝贺；德国著名化学家Tobias Ritter评价：“这是那些稀有论文之一，你一发表，人们立刻就能使用它。”
张夏衡研究团队
登上Nature！国科大团队破解百年应用难题！
本科生加错试剂拿下Nature？论文作者首次回应众多传闻
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国科大，好暖
国科大学子社会实践去哪儿？
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观微之光，可明远方
出品/国科大新闻中心
国科大杭州高等研究院
文字/张夏衡 薛小松
图片/国科大杭州高等研究院提供
美编/佘予安 何邦彦
责编/黄海诺 张雪雅
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原标题：《国科大团队找到更安全经济的芳香胺应用路径》