Natl.Sci.Rev.專題｜蓬勃發展的中國有機化學（特邀編輯：麻生明）

1 特邀編者按：專題前言

化學是了解大自然的一個非常重要的學科。有機化學作為其中的一個分支，是研究碳氫化合物的結構、性質、反應和制備的一門學科。兩個多世紀以來，有機化學研究揭示了有機化合物中鍵合的性質，開發了許多新的有機合成反應。有機化學為環境科學、材料科學、生命科學等相關學科提供了理論、方法和材料。此外，有機化學是精細化工、制藥、生物技術等相關行業的基礎，在促進科技發展、社會進步、提高生活質量和保護環境等方面已經表現出來并將繼續展現巨大的潛力。中國的有機化學工作者做出了越來越多的貢獻，對有機化學的發展產生了重要的影響。本專題旨在反映中國在這一領域進行的最新研究進展。

來自中國科學院上海有機化學研究所的麻生明研究員作為本期的特邀編輯，對中國有機化學的進展做了簡要概述。

麻生明

文獻鏈接：Preface to the special topic on organic chemistry booming in China（Natl.Sci.Rev. (2017) 4 (3): 299. DOI: 10.1093/nsr/nwx046）

2 觀點展望：活體動物內的生物正交化學

生物正交反應是指可以在活體環境中進行而不干擾天然生物過程的一類化學反應。自從Bertozzi等人于2003年提出這個概念以來，由于其在對復雜生命體系和生物過程的解析，乃至對臨床治療等領域所產生的重要影響，引起了人們極大的興趣和廣泛的關注。以前的大部分工作都集中在開發或發現新的反應類型，并開展其在活細胞層面的應用研究。近年來，將生物正交反應直接應用于活動物體內的各種努力，正在成為一個極具吸引力的新興方向。這方面的研究既包括以往的生物正交標記反應，也包括最近發展迅速的生物正交剪切反應等新反應類型。盡管還處于起步階段，這類可直接應用于活動物體內的生物正交反應將極大地推動在動物整體水平上的復雜生命過程研究，并具有顯著的臨床意義（例如臨床診斷、前藥激活和藥物靶向遞送等）。

近日，來自北京大學的陳鵬教授（通訊作者）等人簡述并展望了活動物體內的生物正交反應的發展現狀與前景，這是化學生物學領域最為活躍的研究前沿之一。

陳鵬

文獻鏈接：Bioorthogonal chemistry in living animals（Natl.Sci.Rev. (2017) 4 (3): 300-302. DOI: 10.1093/nsr/nwx010）

3 綜述：中國蓬勃發展的合成有機氟化學：新千年中的創新

在有機化學領域，氟由于其電負性大、原子半徑小、碳-氟鍵強等獨特性質而成為了一種超級取代基。氟原子或含氟片段被引入到有機分子中往往會導致后者的物理、化學、生物學性質發生深刻的變化，因此迄今為止人們已經開發了各種高性能含氟材料、醫藥和農用化學品。新千年見證了世界各國在合成有機氟化學研究方面的快速發展，而中國化學家們在最近十多年有機氟化學研究熱潮中已成為一支在國際上廣受關注的生力軍，為新千年的國際有機氟化學學科發展做出了重要貢獻。

來自中國科學院上海有機化學研究所的胡金波研究員（通訊作者）等人描述了中國自2000年以來在合成有機氟化學研究領域的研究進展及突出貢獻，目的在于吸引更多的科學家關注和加入到有機含氟分子研究領域，為氟科學進一步造福人類提供科學基礎和技術支撐。

胡金波

文獻鏈接：China's flourishing synthetic organofluorine chemistry: innovations in the new millennium（Natl.Sci.Rev. (2017) 4 (3): 303-325. DOI: 10.1093/nsr/nwx058）

4 綜述：中國科學家設計的手性配體

不對稱催化已成為中國有機化學不可或缺的生產領域。手性配體的設計是該領域最突出的研究方向之一。自20世紀90年代末以來，中國有機化學家已經開發出許多具有新型手性骨架和設計概念的手性配體。這些配體中的一些已被廣泛采用，其在許多不對稱催化反應中表現出了優異的性能。

來自華東師范大學的張俊良教授（通訊作者）等人對中國科學家設計的手性配體做了簡要概述，目的是促進中國這一領域的發展，并希望全球更多的科學家在設計不對稱催化反應時使用這些配體。

張俊良

文獻鏈接：Chiral ligands designed in China（Natl.Sci.Rev. (2017) 4 (3): 326-358. DOI: 10.1093/nsr/nwx064）

5 綜述：可見光驅動有機化學反應的最新進展

光化學反應是研究激發態分子的反應。它以光為激發手段，以潔凈、節能、節約為目標，是合成化學中非常活躍的研究領域之一。第一次世界大戰后，光化學反應的研究迅速開展起來。光源、分光裝置、產物分離鑒定儀器設備的快速進步極大促進了光化學反應的研究。近年來，有機光化學研究在中國取得了長足的發展，高水平的研究團隊不斷涌現，研究成果在國內、國際產生了重要影響。

來自中國科學院理化技術研究所的吳驪珠研究員（通訊作者）等人對有機光化學反應研究的飛速發展進行了綜述，并展望了光化學反應實現多樣的化學轉換。

吳驪珠

文獻鏈接：Recent advances in visible-light-driven organic reactions?（Natl.Sci.Rev. (2017) 4 (3): 359-380. 10.1093/nsr/nwx039）

6 綜述：不對稱有機催化全合成復雜吲哚生物堿的最新進展

吲哚及其結構類似物是組成許多生物堿和藥物活性分子的核心結構單元。發展催化不對稱構建這類結構的方法可以實現生物堿的高效全合成，因此受到全世界有機化學家的關注。在過去十多年中，不對稱有機催化得到了迅猛發展，已成為合成手性分子最重要的手段之一。特別是有機催化的不對稱串聯和多組分反應，因為通常伴有多個化學鍵的連續斷裂和形成，可以高效構建復雜手性結構，被廣泛用于合成各種天然產物，特別是吲哚生物堿。

來自中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室的龔流柱教授（通訊作者）等人總結了不對稱有機催化全合成復雜吲哚生物堿的最近進展。

龔流柱

文獻鏈接：Recent progress in organocatalytic asymmetric total syntheses of complex indole alkaloids（Natl.Sci.Rev. (2017) 4 (3): 381-396. DOI: 10.1093/nsr/nwx028）

7 綜述：中國大陸生物堿全合成最新進展

瑞士植物學家卡爾·威斯納（Carl F.W. Meissner）在1819年引入了“生物堿”一詞，生物堿分子作為自然的杰作，已經在這個星球上存在了數十億年。生物堿是天然產物的一分子，主要含有堿性氮原子。由于它們具有值得研究的結構和重要功能，長期以來一直是合成有機化學家的熱門目標。中國的化學家在過去幾十年間在生物堿合成領域取得了重大進展。

來自中國科學院上海有機化學研究所的李昂研究員和浙江大學的丁寒鋒教授（共同通訊作者）等人總結了2011-2016年期間中國大陸研究團隊在生物堿全合成方面取得的進展。

李昂

文獻鏈接：Recent advances on the total synthesis of alkaloids in mainland China（Natl.Sci.Rev. (2017) 4 (3): 397-425. DOI: 10.1093/nsr/nwx050）

8 綜述：超分子有機框架（SOFs）：高度有序的水溶性2D和3D孔材料

長期以來，有關周期性孔結構及其性質和功能的研究局限于固態。自組裝為基于分子單元在水中構建可溶性周期性2D和3D超分子有機框架（SOFs）孔結構提供了一種有效策略。新的SOF結構都可溶于水，并且在固態也能夠保持孔徑和結構有序性。3D SOF可以吸收不同的陰離子客體，如有機染料、肽、核酸、藥物、樹枝狀大分子及雜多酸等，并由此衍生出高效的催化及藥物輸送功能。

來自復旦大學的黎占亭教授和美國勞倫斯伯克利國家實驗室的劉毅研究員（共同通訊作者）等人總結了新的自組裝框架系列的設計、形成和表征，突出了其作為均相多孔軟材料的應用，并最終概述了未來的研究方向。

黎占亭

文獻鏈接：Supramolecular organic frameworks (SOFs): homogeneous regular 2D and 3D pores in water（Natl.Sci.Rev. (2017) 4 (3): 426-436. DOI: 10.1093/nsr/nwx030）

9 專訪周其林教授和馮小明教授：中國合成有機化學建立在古老傳統的基礎上

如果化學的核心是合成（制造）分子，那么在自然界中發現的結構—天然產物則被認為是合成最高的藝術形式。由生物體產生的這些分子是抗生素和抗癌劑等藥物的關鍵來源。天然產品的藥用價值已經通過草藥治療廣為流傳了上千年，而且這些化合物至今仍然被用來開發新藥。通過鑒定傳統醫學中使用的天然藥材中的活性成分，并對其進行改造，化學家可以合成出更加高效的藥物分子：比如阿司匹林就是從柳樹皮中發現水楊酸后改造得到的藥物，現在被廣泛用于解熱、鎮痛、抗炎、抗風濕、預防心梗、中風等治療。天然產物通常是手性分子，它們的生物活性可能取決于具有正確的手性。因此，手性分子的選擇性合成（不對稱合成）對于天然產物化學是至關重要的。

國家科學評論對南開大學的周其林教授和四川大學的馮小明教授進行了專訪。

周其林

馮小明

文獻鏈接：Synthetic organic chemistry in China: building on an ancient tradition—an interview with Qi-Lin Zhou and Xiaoming Feng（Natl.Sci.Rev. (2017) 4 (3): 437-440. DOI: 10.1093/nsr/nwx035）

National Science Review為中國第一份英文版綜述性學術期刊，定位于一份具有戰略性、導向性的綜述期刊，致力于全面展示中國各科學領域的代表性研究成果，追蹤報道重大科技事件，深度解讀熱點研究和重要科技政策等。于2014年3月正式出版，2016年NSR創刊以來的首個SCI影響因子達到8.0，位于63種多學科綜合類期刊的第5名。本刊發表的所有論文全文可以在線免費閱讀和下載。

本文由National Science Review編輯部投稿，材料人新能源組Allen整理編輯。

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