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拟提名2019年度国家科学技术奖项目公示公告
2019-01-11 科研管理处 | 【】【打印】【关闭

  2019年度国家科学技术奖提名工作正在进行,按照国家科技奖励工作办公室《关于2019年度国家科学技术奖提名工作的通知》(国科奖字〔201841号)的有关规定,现将由三位专家拟提名的本年度国家自然科学奖项目“环状化合物的高效高选择性合成方法学研究”,在“中国科学院上海有机化学研究所”网站上予以公示。公示日期为20191112019118 

  任何单位和个人若对拟提名项目有异议,可在公示期内以书面形式向上海有机化学研究所科研处提出。异议应当签署真实姓名或加盖单位公章,并注明联系方式,否则不予受理。 

  联系电话: 021-54925225 

  联系人:李蓉 

  Emaillrr@sioc.ac.cn 

  联系地址:上海市零陵路345 

  邮政编码:200032 

  特此公告。 

      

    

                               

    

  2019年度国家科学技术奖提名项目公示内容 

    

  项目名称环状化合物的高效高选择性合成方法学研究 

  项目简介 

      该项目属“有机化学”学科中的“有机合成化学”领域。 

  环状化合物是一类非常重要的有机化合物,广泛存在于天然产物、药物和材料分子中。以药物为例,2016年美国销售前200处方药中184个含有环状结构。因此,新型高效、高选择性构建环状化合物的反应方法学是有机化学的前沿研究领域之一。 

  环状化合物的传统合成策略主要有: 从已有环状化合物的结构修饰合成衍生物;基于分子内的碳碳或碳杂原子键构建的环化反应;两个或多个组份参与的成环反应。本项成果以几种不太被关注的不饱和烃作为原料,设计与发展了几类在药物和材料化学中常见的环状化合物的高效、高选择性合成方法:1)发展了铑催化下从1,5-双累积二烯一步合成甾体类四并环化合物,通过在起始原料中引入杂原子,为甾体类四并环化合物中嵌入杂原子提供了最为有效的方法。这一概念被成功应用于双环和多环体系的高效、高选择性多样化构建。发展了两种不同类型的累积二烯的正交关环反应:金属钯催化下2,3-累积二烯酸形成2(5H)-呋喃酮而2,3-累积二烯醇则精准地在呋喃酮的beta-位高选择性形成1,3-共轭双烯片段。此概念被进一步成功应用于和各种不饱和体系的正交耦合环化反应制备,为各种环状化合物的制备提供高效、多样性新方法;2)基于易得的亚甲基环丙环和环丙烯的选择性断键和环系重组,设计和发展了呋喃、二氢吡喃、吡咯结构的高选择性合成方法学,展示了这两类张力分子在不同催化体系下不同位置的碳碳键断裂的精准控制。 

  该项成果的八篇论文包含Acc. Chem. Res.1篇,J. Am. Chem. Soc. 4篇,Angew. Chem. Int. Ed. 3篇。经华东师范大学咨询中心检索,这八篇项目论文被他人引用550余次,平均每篇他引69次。本项目获得中国发明授权专利1项。在国际学术会议上获奖大会报告(Award lectures) 2, 作大会报告(Plenary Lectures)5, 邀请报告(Invited lectures)20余次,在双边会议上做邀请报告7次,项目负责人麻生明8次成为国际会议或双边会议的执行主席。这8篇论文的作者中培养的博士生一人获国家杰出青年科学基金资助,两人获国家优秀青年科学基金资助,三人入选中组部青年千人计划,人才培养效果突出。 

  本成果的工作极大地丰富了环状化合物化学,推动了有机化学的发展,项目成果处于国际领先水平。成果曾获得2004年的Mr. and Mrs. Sun Chan Memorial Award in Organic Chemistry (世界华人有机化学奖,每两年一次,每次一位获奖人)和上海市自然科学牡丹奖,2005年的IUPAC OMCOS-Springer Award (导向金属有机化学奖,每两年一次,每次一位获奖人), 2010年上海市自然科学奖(第一部分)。 

    

  客观评价 

  1. 1,5-双累积双烯的反应开辟了一个甾体类及双环化合物合成新的研究方向:在我们这一工作基础上,以下科学家以双累积双烯为起始物开展了后续跟进研究:首尔大学的Chung教授和日本金泽大学的Mukai教授报道了过渡金属催化的双联烯[2+2+1]Pauson-Khand类型的插羰反应(Chem Commun2008, 2388Angew. Chem. Int. Ed.2009, 48, 2007Chem. Eur. J.2010, 5173),以及金催化的双联烯分子内不同区域选择性[2+2]-反应合成双环[3.1.1]-庚烷化合物,文中Scheme 1画出了我们的四种反应途径,并评述说“Interestingly, the reaction patterns are highly varied(Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4532)Benito Alcaide继续研究了热促进的环化异构化反应J. Org. Chem. 2014, 79, 7075-7083),并特别提出仅有我们实现了相应的热环化转化:“Taking into account that there is only one report available on the thermal cyclization of nonconjugated bis(allenes), we decided to study the reactivity of 2-azetidinone-tethered bis(allenes) under thermal conditions” 瑞典斯德哥尔摩大学的B?ckvall教授等人在双联烯的链接基部分引入一个烯烃,从而实现了钯催化的串联反应,用于一系列环状化合物(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 14405;JACS, 2018, 14324))的高效合成,他们的论文指出“In 2005, Ma and co- workers developed an efficient RhI-catalyzed route to steroid scaffolds from bisallenes, which showed the unique advantages of bisallenes.” 在我们做了IUPAC OMCOS-Springer获奖报告后Butensch?nAngew. Chem. Int. Ed. (2005, 44, 5556)撰文进行了如下评价:A special bonus at the end of his impressive lecture was a rhodium-catalyzed synthesis of steroid 6 from bisallene 5.” Mascare?as等人在(Chem. Soc. Rev. 2014, 2904)也给出了评价。“In 2005, Ma and coworkers reported a very efficient cycloaddition cascade to 18,19-norsteroid derivatives from bisallenes like 4, by using a catalytic amount of trans-[RhCl(CO)(PPh3)2] (Scheme 4).” 2016年,Roglans Chem. Soc. Rev.(2016, 2010)关于过渡金属催化的「2+2+2-环加成反应的综述也对我们做出了评价“The cyclisation of three allenes was reinvestigated by Ma et al. in 2005, this time under Rh(I) catalysis and in a partially intermolecular setting, which constitutes an efficient entry into steroidal structures. ……Remarkably, the [2+2+2] cycloaddition occurred with total chemoselectivity: the initial intramolecular oxidative addition...”  

  分子间的官能团化累积二烯与不饱和键的高效高选择性环化开辟了一个新的研究方向: 在我们工作发表后Alcaide等人马上将两个联烯结构引入分子内,合成了二氢呋喃结构 (Angew. Chem. Int. Ed.2006, 45, 4501)。他们在此工作中强调了我们工作的原创性: “However, the cross-coupling of two different allenes has scarcely been mentioned; only Ma and co-workers have described reactions of this type in recent reports on the coupling of 2,3-allenoic acids with 2,3-allenols or 1,2-allenyl ketones. (只有麻及其合作者报道了联烯酸与联烯醇或联烯酮之间的交叉偶联反应)。在我们工作的启发下,他们又进一步实现了二价钯催化的双分子官能化联烯的系列环化反应:如多羟基联烯醇与联烯醇乙酸酯之间的选择性合成二氢吡喃环(Chem. Eur. J.2013, 19, 14233-14244);含取代的β-内酰胺的高度官能化的联烯醇与联烯醇乙酸酯之间环合反应等方面的工作(Chem. Asian J. 2008, 3, 1140-1145)。他们在Chem. Eur. J. (2010, 165836-5842)上撰写了一篇Concept文章专门着重介绍了我们这方面工作的开拓、发展以及其他课题组的后续跟进研究; Majumdar认为我们观察到了非常有趣的钯?-羟基消除过程(Heterocycles, 2010, 81, 517)。我们的工作在OMCOS-13会议上做IUPAC OMCOS-Springer获奖报告后,IUPAC的会刊Pure Appl. Chem.2006782))特别将该反应及其催化过程列为当期的的封面加以重点介绍和推荐。Malacria等在Chem. Rev. (2011, 1954) 评价道:“Ma brought interesting new elements in his study dealing with the cycloisomerization of propargylic 2,3-dienoates” 

  至此这部分已形成一个研究方向: 2014Alcaide,AlmendrosAragoncillo三为教授在Chem. Soc. Rev.2014, 43, 3106-3135)上共同撰写了关于这类事实上AlcaideAlmendros已在(Chem. Soc. Rev. 2014, 3106)上以“Cyclization reactions of bis(allenes) for the synthesis of polycarbo(hetero)cycles”为题综述双联烯的环化反应在合成多碳(杂)环的文章中的进展,说明这已成一个环状化合物合成的研究方向。 

  2. 不饱和三元碳环化合物的高效高选择性碳-碳键断裂和环化具有开拓性并引领了这个领域:来自瑞士联邦理工大学的J.Waser教授在他撰写的关于环丙烷羰基化合物的环化与环加成反应的综述文章(Synthesis, 2009, 3353–3374)中指出:Especially impressive is the palladium-catalyzed isomerization of alkylidene carbonyl cyclopropanes developed by Ma and co-workers”。在我们工作的基础上(“starting from aseminal contribution by Ma in 2003” (Org. Lett. 2014, 16, 3788?3791)),美国佐治亚理工的Stefan France教授发现当酰基烷亚基环丙烷中酰基为富电子芳烃取代的酰基时,在路易斯催化下除了发生我们的环异构反应得到呋喃化合物以外,可以通过发生Nazarov环化反应得到芳烃和杂芳烃化合物。上海有机研究所的施敏研究员将相应的酰基转换成亚胺或腙在催化剂的作用下也实现了开环异构化反应(J. Org. Chem.2009, 74, 5983)。美国芝加哥伊利诺伊斯大学V. Gevorgyan 教授将我们的酮羰基换为相应的亚胺或吡啶,实现了相应的环丙烯的催化剂可控的高选择性环异构化反应得到吡咯杂环化合物(Org. Lett. 2007, 9, 4463.)。兰州大学马宝春课题组利用路易斯酸三氟化硼作催化剂,实现了后续化学转化(Org. Lett., 2014, 16, 5524)。来自慕尼黑工业大学的S. F. Kirsh教授在他的一篇关于合成呋喃化合物合成的综述文章(Org. Biomol. Chem., 2006, 4, 2076–2080)中,这样写到: “A fascinating strategyfor the synthesis of trisubstituted furans, which begins with cyclopropenyl ketones or alkylidenecy-clopropyl ketones, was developed by Ma and co-workers”。对于该方法学的有用性,美国伊利诺伊斯大学V. Gevorgyan 教授在Chem. Rev. (2007, 107, 3117?3179)上给出了积极评价:“…the synthetic usefulness of this cycloisomerization methodology is undoubtful, as it offers the possibility to efficiently control the regioselectivity of the product)。 

    

  代表性论文目录 

  1. What Can a Metal Catalyst Do with Allenes? One-Step Building Up of New Steroid Scaffold from Easily Available Starting Materials 

  Shengming Ma*, Ping Lu, Lianghua Lu, HairongHou, Jiemin Wei, Qiwen He, Zhenhua Gu, Xuefeng Jiang, and Xing Jin 

  Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 5275-5278.       

    

  2. Controllable [2+2]-Cycloadditions of 1,5-Bisallenyl-Substituted Compounds 

  Shengming Ma*, Xuefeng Jiang, and Xin Cheng 

  Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 8009-8013.       

    

  3. trans-RhCl(CO)(PPh3)2-Catalyzed Monomeric and Dimeric Cycloisomerization of Propargylic 2,3-Dienoates. Establishment of α,β-Unsaturated δ-Lactone Rings by Cyclometallation 

  Xuefeng Jiang and Shengming Ma* 

  J. Am. Chem. Soc. 2007,129, 11600-11607.  

    

  4. PdCl2-Catalyzed Two-Component Cross-coupling Cyclization of 2,3-Allenoic Acids and 2,3-Allenols. An Efficient Synthesis of 4-(1’, 3’-Dien-2’-yl)-2-furanone Derivatives 

  Shengming Ma* and Zhenhua Gu 

  J. Am. Chem. Soc.2005, 127, 6182-6183.     

    

  5. Palladium-Catalyzed Cyclization Reactions of Allenes in the Presence of Unsaturated Carbon-Carbon Bonds 

  Juntao Ye and Shengming Ma* 

  Acc. Chem. Res.2014, 47, 989-1000.      

    

  6. Tuning the Regioselectivity in Palladium(II)-Catalyzed Isomerization of Alkylidenecyclopropyl Ketones. A Dramatic Salt Effect 

  Shengming Ma* and Junliang Zhang 

  Angew. Chem. Int. Ed., 2003, 42, 183-187.   

    

  7. 2,3,4- or 2,3,5-Trisubstituted Furans: Catalytic Regioselectivity Control in Ring-Opening Cycloisomerization of Methylene- or Alkylidenecyclopropyl Ketones Ma*, Lianghua Lu, Junliang Zhang J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 9645-9660.    

  Shengming

  

    

  8. Catalyst-Controlled Highly Regioselectively Ring-Opening Cycloisomerization Reaction of Cyclopropenyl Ketones 

  Shengming Ma* and Junliang Zhang  

  J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 12386-12387.       

    

    

  主要完成人情况 

  1.       麻生明,排名第1,行政职务:无,技术职称:教授。 

  工作单位:复旦大学;完成单位:中国科学院上海有机化学研究所。 

  对本项目技术创造性贡献:项目负责人。负责项目工作的设计和研究工作的指导、项目的实施,是代表性论文1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8的通讯作者。对项目所有的重要科学发现都做出了创造性贡献。 

  2.       张俊良,排名第2,行政职务:无,技术职称:教授。 

  工作单位:复旦大学,完成单位:中国科学院上海有机化学研究所。 

  对本项目技术创造性贡献:开创了烷亚基环丙烷和环丙烯的选择性碳碳键断裂与重组方面的工作,是代表性论文6, 8的第二作者,代表性论文7的第三作者 

  3.       顾振华,排名第3,行政职务:无,技术职称:教授。 

  工作单位:中国科学技术大学,完成单位:中国科学院上海有机化学研究所。 

  对本项目技术创造性贡献:开创了不同官能化联烯的分子间双分子交叉偶联反应,是代表性论文4的第二作者,代表性论文1的第七作者。 

  4.       陆平,排名第4,行政职务:无,技术职称:青年研究员。 

  工作单位:复旦大学,完成单位:中国科学院上海有机化学研究所。 

  对本项目技术创造性贡献:开创了双累积二烯的环金属化构建甾体骨架的工作,是代表性论文1的第二作者。 

  5.       姜雪峰,排名第5,行政职务:无,技术职称:教授。 

  工作单位:华东师范大学完成单位:中国科学院上海有机化学研究所。 

      对本项目技术创造性贡献:在代表性论文1的基础上开创了双联烯和联烯炔可控环化部分研究工作,是代表性论文3的第一作者,代表性论文2的第二作者,代表性论文1的第八作者。 

    

  完成人合作关系说明: 

  项目第一完成人麻生明,系复旦大学教授及中科院上海有机化学研究所特聘研究员,于19973月回国到中国科学院上海有机化学研究所组建课题组开展科研教学工作。在本项目执行期间,负责项目的设计、指导和实施,是所有8篇代表性论文的通讯作者,对项目所有的重要科学发现都做出了创造性贡献。 

  项目第二完成人张俊良,于20004-200310月期间,作为中国科学院上海有机化学研究所麻生明研究员的研究生和短期工作人员,开创性进行了烷亚基环丙烷和环丙烯的选择性碳碳键断裂与重组方面的工作,是代表性论文6, 8的第二作者,代表性论文7的第三作者 

  项目第三完成人顾振华,于20036-20079月期间,作为中国科学院上海有机化学研究所麻生明研究员的研究生和短期工作人员,开创了不同官能化联烯的分子间双分子交叉偶联反应研究,是代表性论文4的第二作者,代表性论文1的第七作者。 

  项目第四完成人陆平,于20038-200912月期间,作为中国科学院上海有机化学研究所麻生明研究员的本科实习生、研究生和短期工作人员,开创了双累积二烯的环金属化构建甾体骨架的工作,是代表性论文1的第二作者。 

  项目第五完成人姜雪峰,于20047-20087月期间,作为中国科学院上海有机化学研究所麻生明研究员的研究生,在代表性论文1的基础上开创了双联烯和联烯炔可控环化部分研究工作,是代表性论文3的第一作者,代表性论文2的第二作者,代表性论文1的第八作者 

    

    

  提名专家:唐勇(中国科学院上海有机化学研究所),席振峰(北京大学), 

            谢作伟(香港中文大学) 

  专家(唐勇)提名意见: 

  多环化合物合成在有机化学研究领域中占据重要地位。与传统的合成方法不同,麻生明研究员领衔的团队利用累积二烯、亚烷基环丙烷、环丙烯等简单原料,通过金属有机催化发展了多个高效、高选择性的有机合成新反应,实现了一些重要复杂多环骨架的简洁、多样性构建,取得了一系列原创性的科研成果:(1) 利用简单易得的双累积二烯为原料,通过催化剂调控,实现了在药物分子和有机材料分子中得到广泛应用的类甾体骨架结构的一步多样性合成,成为迄今为止该类化合物合成最为简洁的方法,有望在新药和新材料发现中获得应用。(2) 探索了简单累积二烯与其它不饱和烯烃、炔烃、累积二烯分子的耦合反应,发展了一系列多取代杂环高效合成的新方法。(3) 在国际上率先开展了亚烷基环丙烷、环丙烯等不饱和环丙烷化学反应性研究,发现了可控三元环骨架碳碳键活化和重组的独特性与规律,发展了一系列生物活性分子中常见的呋喃、吡咯结构的重排合成策略,为相关药物分子的高效绿色合成提供新思路和途径。 

  该项目巧妙地以研究简单不饱和烃类化合物合成多环化合物为切入点,在基于金属有机的有机合成方法和策略、催化剂与配体的设计、有机合成反应选择性的调控等重要基础科学问题方面取得了原创性系统性的研究成果,为不饱和烃类化合物高效转化的提供了新思路。8篇论文的作者中养的博士生一人获国家杰出青年科学基金资助,两人获国家优秀青年科学基金资助,三人入选中组部青年千人计划,人才培养效果突出。该研究具有重要的国际影响力,推动了有机化学学科的发展。因此,我强烈推荐该项目申报2019年国家自然科学二等奖。 

    

  专家(席振峰)提名意见: 

  麻生明教授课题组的累积二烯化学一直是有机合成领域一个独特的研究方向,引领并推动了国际联烯化学的发展,在国际和国内都获得过高度的认可和评价。由此而衍生出的不饱和三元环也展现出了独特的化学反应性。此申报项目就是基于对不饱和三碳化学长期独到的积累和理解,获得了一系列全面且详实的反应规律图:1)双累积二烯的环化规律;2)累积二烯与各种不饱和烃的环化规律;3)分子间累积二烯交叉环化偶联规律;4)亚甲基环丙烷开环重组规律;5)环丙烯开环重组规律。运用这些系统性规律,让不饱和三碳合成子展现了强大的合成效能和多样性合成的独特优势,为甾体、双并环、桥环、多取代杂环等环状化合物的合成提供了合成方法,为类药结构广泛而快速的构建与筛选奠定了坚实的合成基础。 

  麻生明教授课题组长期不断坚持特色学科,并深挖规律,经过多年积累构画出了全面而系统的规律体系,获得国际国内广泛认可,实属难得。因此,我强烈推荐该项目申报2019年国家自然科学二等奖。 

    

  专家(谢作伟)提名意见: 

  活性分子的开发和发展首先需要解决的就是针对研究的药物分子骨架发展出一系列高效、多样性合成目标化合物的方法。甾体环骨架、双并环、呋喃环、吡咯环等结构单元都是药物分子中常见的基本骨架。另一方面,有机化学中实现高选择性、可控重组成环反应高效合成具有多样性的多环体系化合物也是合成化学的前沿挑战之一。该成果围绕关注度较低,但却具有独特反应活性的几类化合物,如累积双烯、亚甲基环丙烷、环丙烯等出发,通过底物的设计以及催化剂调控实现了多环化合物的高效、多样性合成。从双累积二烯出发,系统性地研究了金属铑催化下发生环金属化途径,实现了可控的环系合成,多样性地得到了包括甾体环骨架、双环骨架等化合物。在此基础上,国际同行进一步拓展了双累积二烯底物的环金属反应,因此在该领域具有引领性。从该类化合物出发合成一系列具有潜在药物活性的化合物。分子间累积二烯的交叉耦合反应同样体现出了该团队的优美的反应设计理念,并引领了该领域的发展。另一方面,从高张力的环丙烷底物出发,通过底物的设计和催化剂调控实现了选择性地碳碳键断裂以及可控重组反应,合成了一系列具有潜在生物活性的杂环化合物。这方面的工作具有开拓性,同样引领了该领域的发展。 

  综上,该项目从简单易得的两类不饱和化合物出发,实现了高选择性、多样性的碳碳键断裂和可控重组,合成了具有潜在药物活性的多环骨架。以常见药物骨架为导向,在有机化学合成研究具有引领性和前瞻性,推动了相关小领域的发展。因此,我强烈推荐该项目申报2019年国家自然科学二等奖。 

 
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