仍在继续。
这篇文章最终在《科学》杂志上发表。
研究人员通过革新通常稳定的碳-氢（C-H）键的修饰过程，成功创造了一个复杂的天然分子。
科学期刊《科学》最近发表了这一重要进展，该研究由埃默里大学和加州理工学院的化学家们驱动。该研究展示了迄今为止在一系列C-H功能化反应中的最大成就，这些反应高效地将廉价材料转化为复杂的有机化学成分。
合成的圆筒环烃A（cylindrocyclophane A）是一种以其抗微生物特性而闻名的天然分子，涉及十种不同的C-H反应。
“这是我们利用这种方法合成的最复杂的天然产物，”埃默里大学的化学教授、该研究的共同通讯作者Huw Davies表示。“这是一个突破。我们现在正在处理以前被认为无反应性的C-H键，并且我们开发了一种方法来进行一系列10个C-H功能化反应，每个反应针对一个特定的C-H键，按照精确的顺序进行。”
“这项研究推动了该领域的发展，展示了C-H功能化的巨大潜力，”加州理工学院的化学教授、共同通讯作者Brian Stoltz补充道。“它将扩展我们对通过这些高度选择性和不寻常的转化在复杂情境中可以实现的目标的视野。”
亚伦·博斯（Aaron Bosse）作为埃默里大学的博士生进行这项研究，是第一作者。他已完成学位，现在在马萨诸塞州剑桥的武田制药公司担任药物化学家。
有机合成的重大飞跃
这一成就代表了2009年成立于埃默里的4000万美元国家科学基金会选择性C-H功能化中心（CCHF）的一个关键里程碑，作为NSF化学创新中心的一部分。在Davies的指导下，CCHF扩展至包括来自美国15所大学的25名教员，并在德国、日本、韩国和英国等国家促进国际合作。
该中心在有机合成中进行了一次重大改革，为化学研究开辟了新的道路。
“这就像一个农民能够在沙漠或南极洲种植作物，”Davies解释道。“C-H功能化为化学家在以前被视为无效的领域中生产材料提供了一种突破性的方法。它为创造我们完全陌生的物质铺平了道路。”
传统上，有机化学集中于反应性功能键和惰性非功能键之间的区别，例如碳-氢（C-H）。这些稳定的键为从反应性基团合成化合物提供了坚固的框架。
C-H功能化的引入改变了这一传统模型，开发了允许在C-H键处发生反应的技术。
转变领域文化
为了实现如此雄心勃勃的目标，CCHF首先需要在学科内培育一种新的协作文化，弥合实验室和机构之间的差距，以促进跨学科的合作关系。
“在CCHF之前，有机化学相当孤立，”Stoltz指出。“研究人员通常会保护自己的想法，只有在验证结果后才会向外界分享他们的发现。”
“我们都意识到面前的重大挑战，”Davies说，“并建立了必要的信任，以合并我们的才能，而不是相互竞争。我们建立了一种文化，听到一个有趣的想法时，想到的是，‘我该如何有效合作？’这种方法可以导致更大的创新，而不仅仅是专注于个人的优势。”
除了加速突破，合作精神也使过程变得愉快。
“这是一种转变的经历，”Stoltz确认。“我们变得习惯于合作，开放地交流想法，这对参与的每个人都是一种解放。它已成为我职业生涯中最令人满意的经历之一。”
一种新的教育方法
这种开放性也影响了有机合成的教学方式。现在，学生们不仅仅是掌握单一实验室和教授的技术，而是通过包括机构交换项目的合作，接受涵盖精细化工发展、材料科学和药物开发等各个领域的多样教育。
学生们经常在虚拟研讨会上展示他们的工作，增强了他们在各种专门领域之间有效沟通研究和想法的技能，促进合作思维。
事实上，2015年举行的一次虚拟研讨会引发了最终在《科学》上发表的合作。
廖匡标（Kuangbiao Liao），一位曾在埃默里大学攻读博士学位的学生，后来在中国广州成立了一家有机合成公司，他引入了具有显著位选择性的用于C-H功能化的新型二铑催化剂。
Davies实验室的这一进展最终导致在《自然》杂志上发表的研究成果。
这些新催化剂简化了C-H功能化的过程，不再需要导向基团来识别特定的C-H键。催化剂独特的三维结构本质上充当了锁和钥匙，只允许化合物中一个特定的C-H键与催化剂相互作用并发生反应。
这种锁和钥匙机制还决定了生成分子的三维结构。这一点在药物开发中尤其重要，因为形状会显著影响与生物分子的相互作用。
团结的力量
虽然Davies实验室主要专注于开发C-H功能化方法，但Stoltz实验室则专注于复杂分子的合成。
Stoltz立即意识到圆筒环烃A是应用这种新化学的绝佳候选物。
“埃默里团队使用新催化剂生成的分子的特性与圆筒环烃相似，”他提到。“虽然它们不是完全相同，但非常相似。”
几天之内，Davies和Stoltz实验室开始了一项合作，采用全新的方法合成这一复杂化合物。
随着项目的发展和想法的细化，显然这是一个通过围绕通过CCHF建立的多样策略构建整个合成的机会，以展示C-H功能化的影响。
共同作者、史克里普斯研究所的化学家Jin-Quan Yu贡献了他的专业知识，以扩大适用于合成的C-H方法的范围。
合作的叙述
加州理工学院的化学讲师Scott Virgil也是论文的另一位共同作者。
除了来自三处研究机构的教员，项目还包括来自这些机构的七名学生的贡献。博斯指导了卡米拉·苏亚雷斯（Camila Suarez），当项目于2015年开始时她是埃默里大学的大二学生，毕业后继续在加州理工学院攻读博士学位。其他学生贡献者包括来自加州理工学院的利亚姆·亨特（Liam Hunt）、泰勒·卡塞尔曼（Tyler Casselman）、伊丽莎白·戈德斯坦（Elizabeth Goldstein）和奥斯汀·赖特（Austin Wright）；以及来自史克里普斯研究所的朴浩俊（Hojoon Park）。
作为CCHF交换计划的一部分，博斯在加州理工学院的Stoltz实验室工作了一段时间。
“他与我们的学生合作，使项目取得最终进展，”Stoltz说。“尽管仍面临一些挑战，这一努力为合成奠定了基础。”
博斯于2022年从埃默里大学毕业，但合成的工作仍在继续。继续。
苏亚雷斯是从项目开始到完成的重要环节，协助对最终手稿进行了最后的调整，最终发表在《科学》上。
“在去年夏天，她进行了一些关键实验，提升了论文的质量，”斯托尔茨评论道。
“这个显著的成果证明了长期努力的价值，”戴维斯对这近十年的项目表示评论。“这无疑是应用在复杂总合成中的最复杂的C-H功能化反应系列。它将鼓励其他人考虑C-H功能化的更多创新用途。”
“这个故事超越了单纯的化学，”斯托尔茨补充道。“来自三所不同机构的有机化学家聚集在一起合成一个复杂分子是相当罕见的。”
开创新时代
在《科学》上的发表代表了CCHF的一个重要成就，它促成了数百篇研究论文的发布，创建了一个包含众多专业试剂和催化剂的工具包，与私人公司的持续合作，以及若干初创公司的建立。
在实现其核心使命后，CCHF于2022年结束了作为国家科学基金化学创新中心的角色。
该中心的遗产在一个由来自29所大学的45位教授组成的大型联盟中延续，大家在埃默里大学主导的催化创新联盟（CIC）下进行合作。诺华、艾伯维和礼来的等知名制药公司也参与了CIC。
“我们通过虚拟会议激发了对合作研究和分享想法的巨大热情，我们希望保持这种势头，”戴维斯解释道。
CIC的目标之一是利用高通量实验和机器学习技术推动C-H功能化。
“高通量实验使我们能够同时测试数百种不同的反应，而不仅仅是一个，使用反应板，”戴维斯详细说明道。“我们将利用机器学习来分析生成的大量数据集，帮助我们创建预测模型，以优化特定C-H键功能化的条件。”
戴维斯指出，二十多年前，许多化学家认为选择性修改C-H键的想法是“荒谬的”和“不可行的”。如今，C-H功能化即将成为主流。
“我们在C-H功能化的发展中产生了显著影响，无论是作为学术追求还是工业用途，”戴维斯总结道。“我们致力于引领有机合成的这一新篇章。”
