有机铁催化剂活化碳-氢键反应活性，快速构建氮杂环化合物

诸平

据C&EN网站2013年5月6日报道，美国哈佛大学（Harvard University）化学与生物化学系的Theodore A. Betley等人利用一种有机铁催化剂，可以使烷基叠氮化物转化为环胺类化合物（见图示），这为通过有机金属化合物作为催化剂，来快速创建药物化合物骨架奠定了基础。

在生物界中普遍存在含铁的酶,其中包括一系列还原酶(如核苷酸还原酶、硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶等)、氢化酶、固氮酶、过氧化物酶(包括细胞色素过氧化物酶、髓过氧化物酶等)、氧化酶(包括细胞色素c、氧化酶等)、水化酶等，这些大多数是血红素酶，还有很多重要的含铁酶不是血红素酶（非血红素酶），含铁酶涉及电子转移过程。

受自然界含铁酶的启发，科学家一直在寻找一种具有类似功能的人工合成化合物。美国哈佛大学的化学家找到了可以用于药物骨架和其他氮杂环化合物合成的有机铁催化剂,可以使不易发生化学反应的C-H键转化为有用的C-N键，相关研究已经在2013年5月3日出版的《科学》(Science, 2013， 340（6132）：591-595. DOI: 10.1126/science.1233701)杂志发表——Complex N-Heterocycle Synthesis via Iron-Catalyzed, Direct C–H Bond Amination.

这种转化给了化学家快速合成饱和杂环化合物的一种方法,而饱和杂环化合物是药物和其他生物相关分子中常见的结构骨架。哈佛大学化学教授，也是和Elisabeth T. Hennessy一起开发出这种有机铁催化剂的Theodore A. Betley说：“有机合成和有机金属化合物研究中的巨大的挑战之一就是能够将一个分子的每一部分拆分成一个个活性实体小分子。” 他们为此创建了一种催化剂,可以将线性（链状）烷基叠氮化物转化为环胺类化合物（见上述图示）。Theodore A. Betley解释道，“我们能做的就是诱导不活泼、不易发生化学反应的C-H键转化为易于发生反应的基团，当然是借助一种催化剂来达到此目的。催化剂有能力使C-H键断裂，然后再促进其后续反应,形成一种新的碳杂原子键。”他认为得到这种类型催化剂的关键是确保催化剂铁原子的电子排布与天然代谢含铁酶中的电子排布相同。

Theodore A. Betley告诉C&EN，“我们所做的一切不过是着眼于设计原则，试图模仿自然界的含铁酶，使人工合成的有机铁化合物能够像自然体系中的含铁酶一样如此有效”。他认为他们制得的有机铁催化剂的活性可能要比人们已经发现的天然含铁酶活性更胜一筹。

美国伊利诺斯州大学（University of Illinois）的化学教授Tom G. Driver对此评论认为, Betley和Hennessy的方法对一个长期悬而未决的问题提供了一种解决方案,因为Tom G. Driver教授也曾经研究过如何将C-H键转化为胺类物质。Tom G. Driver教授认为这种方法能够提供使其他方法望尘莫及的更广范围的氮杂环化合物的合成。他猜想这项工作将会在有机合成圈内产生共鸣,使这些重要骨架的构建通过操纵碳-氢键而能够顺利实现，推动氮杂化合物合成的快速发展。