科学网—化学家打破了已有百年历史的规定，教科书改写势在必行
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2024-11-2 15:11
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化学家打破了已有百年历史的规定，教科书改写势在必行
诸平
The researchers showed how to make several kinds of molecules that violate a longtime fundamental rule of organic chemistry called Bredt’s rule.
据美国加州大学洛杉矶分校 （ University of California Los Angeles 简称 UCLA, Los Angeles, CA, USA ） 2024 年 10 月 31 日提供的消息，加州大学洛杉矶分校（ UCLA ）的化学家们打破了已有 100 年历史的规定，说现在是改写教科书的时候了 ( UCLA chemists just broke a 100-year-old rule and say it’s time to rewrite the textbooks ) 。
根据布雷特法则（ Bredt’s rule ），如果有机分子的几何形状与教科书上的知识偏离太远，就不能在某些位置上存在双键。这条规则约束了化学家一个世纪。
最近发表在《科学》 （ Science ） 杂志上的一篇论文 —— Luca McDermott , Zach G Walters , Sarah A French , Allison M Clark , Jiaming Ding , Andrew V Kelleghan , K N Houk , Neil K Garg . A solution to the anti-Bredt olefin synthesis problem. Science , 2024, 386(6721): eadq3519. DOI: 10.1126/science.adq3519 . Epub 2024 Nov 1. http://dx.doi.org/10.1126/science.adq3519 . 展示了如何制造违反布雷特法则的分子，从而使化学家们找到了制造并在反应中使用它们的实用方法。
加州大学洛杉矶分校的化学家们发现了一个存在了大约 100 年的有机化学基本规则的大问题——它就是不正确。他们说：“是时候重写教科书了。”
主要由碳构成的有机分子，其特点是具有特定的形状和原子排列。在两个碳原子之间有双键的分子被称为烯烃（ olefins or alkenes ）。原子和附着在原子上的原子通常位于同一个三维平面上。偏离这种几何形状的分子并不常见。
该规则在教科书中被称为“布雷特规则” ( Bredt’s rule ) ，是在 1924 年发表的。它指出，分子在桥式双环分子的环交界处，也被称为“桥头堡”位置不能有碳碳双键。这些结构上的双键会扭曲，扭曲的几何形状，偏离了课本上所教的烯烃的刚性几何形状。
布雷特规则是有机化学中的一个经验规律，它指出 双键 不能置于桥环的桥头，除非环足够大。这个规则是以其提出者朱利叶斯 · 布雷特 ( Julius Bredt ) 的名字命名的。朱利叶斯 · 布雷特于 1902 年首先对它进行了讨论，并于 1924 年将其编纂。将这一规则简要概括起来即为：双键不能处于桥环的桥头，除非环足够大。布雷特规则主要涉及具有碳碳和碳氮双键结构。
烯烃在药物研究中很有用，但布雷特规则限制了科学家们可以想象用它们制造的合成分子的种类，并阻碍了它们在药物开发中的应用。
加州大学洛杉矶分校的科学家在《科学》 （ Science ）杂志上发表的一篇新论文 , 推翻了这一观点。他们展示了如何制造几种违反布雷特法则的分子，称为反布雷特烯烃（ anti-Bredt olefins 简称 ABOs ），使化学家能够找到制造和在反应中使用它们的实用方法。
加州大学洛杉矶分校肯尼斯·特鲁布拉德（ Kenneth N. Trueblood ）杰出化学和生物化学教授尼尔·加格（ Neil Garg ） 说：“人们不去探索反布雷特烯烃，因为他们认为他们做不到。我们不应该有这样的规定——或者，如果我们有这样的规定，应该只是在不断提醒人们仅仅是作为参考的经验规律，并非实际存在的规则。当我们制定了被认为无法克服的规则时，创造力就会被摧毁。”
尼尔·加格的实验室用氟化物源处理硅基（伪）卤化物分子 {silyl (pseudo)halides} ，诱导形成反布雷特烯烃（ ABOs ）的消除反应。因为 ABOs 是高度不稳定的，他们加入了另一种化学物质，可以“捕获”不稳定的 ABO 分子，并产生可以分离的产物。结果表明， ABOs 是可以生成和捕获的，是具有实用价值的结构。 尼尔·加格说：“制药行业正在大力推动化学反应发展，使其产生像我们这样的三维结构，因为它们可以用来发现新的药物。这项研究表明，与 100 年来的传统观念相反，化学家可以制造和使用反布雷特烯烃来制造增值产品。”
上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览 原文 或者 相关报道 及研究。
Chemists make ‘impossible’ molecules that break 100-year-old bonding rule
Jianyu Zhang , Xi Wang , Tao Xu （ Ocean University of China, Qingdao, China ） . Regioselective activation of benzocyclobutenones and dienamides lead to anti-Bredt bridged-ring systems by a [4+4] cycloaddition. Nature Communications , 2021, 12, Article number: 3022. DOI: 10.1038/s41467-021-23344-0 . Published: 21 May 2021
Abstract
The π-bonds in unsaturated organic molecules are typically associated with having well-defined geometries that are conserved across diverse structural contexts. Nonetheless, these geometries can be distorted, leading to heightened reactivity of the π-bond. Although π-bond-containing compounds with bent geometries are well utilized in synthetic chemistry, the corresponding leveraging of π-bond-containing compounds that display twisting or pyramidalization remains underdeveloped. We report a study of perhaps the most notorious class of geometrically distorted molecules that contain π-bonds: anti-Bredt olefins (ABOs). ABOs have been known since 1924, and conventional wisdom maintains that ABOs are difficult or impossible to access. We provide a solution to this long-standing problem. Our study also highlights the strategic manipulation of compounds that display considerable distortion arising from the presence of geometrically constrained π-bonds.
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