2026 年 1 月 8 日，南方科技大学 董哲 副教授、 余沛源 助理教授作为共同通讯作者，在国际顶尖学术期刊 Science 上发表了题为： Leveraging triatropic rearrangements for stereoselective skeletal reshuffling 的研究论文。 这项研究提出了一种新型周环反应—— 三向重排 （ triatropic rearrangement） ，实现了对饱和碳环骨架的高选择性编辑，三向重排不仅兼具高立体控制与广泛 适用性，还能与经典反应模块化组合 ， 为 复杂环 戊烷及天然产物骨架的精准编辑提供了全新路径。 编辑丨王多鱼 排版丨水成文 周环反应 （ Pericyclic reaction ） 能够以精妙的立体控制将简单前体转化为结构复杂的产物，使其成为合成化学的核心工具。 在这项最新研究中，研究团队报道了一类称为 三向重排 （ triatropic rearrangement） 的新型周环反应，该反应在单一过渡态中同时断裂三个 σ 键并形成两个 σ 键与一个 π 键。在此机理框架下，环氧化物中的碳-氧键可通过有机硼试剂介导，立体选择性地转 ...

研究核心成果 - 中国与荷兰科学家合作首次在实验室成功合成具有明确内外双层螺旋结构的动态高分子 该分子结构灵感源自上海中心大厦 分子高度仅几十纳米 直径仅2纳米 相当于将632米高的摩天大楼缩小至约10亿分之一 是人类头发丝的800万分之一 [2] - 该材料展现出类似天然蛋白质的动态行为 可随温度变化伸缩 在特定条件下完全解旋 并最终降解为人体可吸收的小分子 无残留风险 [2] - 该高分子在加热时可伸展 冷却后恢复螺旋 在碱性环境下 二硫键断裂 整个结构在可控范围内可解聚为原始小分子 成为人体代谢通路中的常见组分——氨基酸和二硫小分子 [5] 技术原理与突破 - 研究团队从最基础的小分子出发 将氨基酸 二硫键等天然的 与生物相容的分子积木 通过动态可逆的化学键连接起来 构筑出稳定的螺旋构象 [3] - 技术关键突破在于将动态共价键（特别是可逆的二硫键）与刚性氨基酸骨架巧妙结合 使螺旋结构既具备柔韧性 又能稳定存在 [4] - 该合成聚合物能以两种可逆的方式进行变化 一是能在无序结构和螺旋状结构之间来回切换 二是能分解成最初用来合成它的那些小分子 两种变化都源于内部共价键和非共价键的相互作用 [11] 潜在应用前景 - 由于具备优异的力学柔韧性 生物相容性及完全可降解性 该材料有望成为下一代可穿戴或可植入医疗器件的理想基底 例如在柔性神经接口 靶向药物递送系统或组织工程支架中应用 [5] - 在信息科技领域 分子机器拥有巨大应用潜力 例如基于分子穿梭运动的存储器件 理论上每平方厘米可存储100GB数据 尽管尚处概念阶段 但其突破现有硅基芯片存储能力极限的前景令人期待 [9][10] - 在医学领域 致力于开发可在体内靶向清除病变细胞的纳米机器人 例如2纳米大小的分子转子可通过高速旋转在癌细胞膜上打孔 实现精准杀伤 [10] 相关技术发展脉络 - 1959年 物理学家理查德·费曼预言了纳米技术的理论起源 [6] - 上世纪80—90年代 科学家相继合成出机械互锁型分子结构 即分子机器 1999年 费林加研制出首个光驱动分子马达（尺寸不足2纳米） 随后开发出分子车 三人因此获得2016年诺贝尔化学奖 [7] - 2023年诺贝尔化学奖授予量子点的发现与合成 通过将无机半导体颗粒尺寸缩小至1—20纳米范围 产生显著的量子限域效应 目前基于量子点技术的显示技术（OLED）已进入量产阶段 [8] - 2025年诺贝尔化学奖授予金属有机框架材料领域 其孔道孔径只有几纳米 可对特定尺寸气体分子展现选择性吸附 目前基于该材料的空气取水装置已在非洲干旱地区试点应用 每公斤材料每日可从低湿度空气中捕获数升淡水 [8]

巴里·夏普利斯的研究哲学与个人特质 - 其研究理念与中国武侠“重剑无锋，大巧不工”及“化繁为简”的化学理念不谋而合 [1] - 自称“资深的少年渔民”，毕生最大乐趣是寻找不被轻易察觉的新生物以满足好奇心 [2] - 在元素周期表中“钓鱼”，坚信偶然性可能带来好成果，并因此发现了多个以他命名的不对称催化反应 [2] - 习惯在试剂瓶上画化学结构式以直观思考，喜欢翻阅化学目录等待新奇想法 [3] - 讨厌写论文，在顶级刊物《科学》《自然》上仅发表过2篇论文，认为论文署名竞争荒谬，只关心完成研究 [3] - 常亲自尝化学试剂，并会毫不留情地“杀掉”自己未经证实的点子，最终“杀不死”的成为伟大发现 [3][4] 点击化学的提出、发展与颠覆性影响 - “简单实用”是其核心研究哲学，颠覆了学界“复杂才是前沿”的固有认知 [5] - 2001年因不对称催化获诺贝尔奖，但在颁奖演讲中转向介绍当时不受重视的点击化学 [5] - 点击化学概念雏形起于1998年，核心是以功能为导向，通过小分子单元“简单拼接”快速合成多样分子 [5] - 2001年其关于点击化学的论文被顶级化学期刊三位重量级审稿人一致退稿 [5] - 2022年因点击化学第二次获得诺贝尔化学奖，该成果被认可为对整个化学界的颠覆重塑 [5] - 点击化学打破了合成化学反应路径不确定、产物预测复杂的瓶颈，提供了高可预测性的化学过程 [6] - 点击化学已从一个概念转变为基本的科学方法，并渗透到科研与产业各领域 [6] - 其理念强调分子功能重于结构，认为没有功能的研究没有意义 [7] - 自2014年起，其团队研发了新一代点击化学——六价硫氟交换反应，开启了“点击化学2.0”时代 [7] 与中国科研界的深度合作及影响 - 上世纪80年代应戴立信院士邀请，到中国科学院上海有机化学所进行学术交流 [8] - 2015年主动提出与上海有机化学研究所合作，并建立了点击化学实验室 [8] - 上海成为其学术地图固定坐标，每年到访四五次，为方便工作常住离研究所最近的旅馆 [8] - 是世界顶尖科学家协会的共同发起人，至今年已第六次赴沪参与世界顶尖科学家论坛 [9] - 倡导全球科研合作，认为比单个团队或学科“闭门造车”要强 [9] - 数十年来许多中国学生加入其在美国斯克利普斯研究所的实验室 [9] - 其中国学生如上海交通大学董佳家、浙江大学高兵、中山大学李苏华、南京大学李劼等已成为中国化学领域的中坚力量 [9] - 高度评价中国学生有雄心壮志、渴望成功且动力十足，认为这是中国科研飞速发展的优势 [9] - 认为中国实现梦想（指诺奖）的那一天早该到来，并表示这一切正在发生，非常令人振奋 [9]

行业组织成立 - 中国化学会生物医用材料化学专业委员会于11月22日在深圳正式成立 [1] - 成立大会采用线上线下相结合的方式举行，共有来自科研院所、高等院校、医院等单位的40余位代表参会 [1] 组织架构与人员选举 - 会议通过无记名投票选举中山大学教授侯仰龙为首届主任委员 [1] - 会议选举产生4位副主任委员，分别是中国科学院院士陈学思、浙江大学教授李志波、福州大学教授杨黄浩、武汉大学教授袁荃 [1] - 会议选举产生了由56人组成的首届委员会 [1] - 委员会聘任北京大学王術人为秘书长 [1] 未来发展计划 - 首届主任委员侯仰龙在会上介绍了专业委员会下一步的工作计划 [1] - 与会委员就专委会的组织建设、未来发展和学术活动进行了讨论并提出了多项建议 [1]

研究突破概述 - 研究团队实现了N-手性化合物的首例催化不对称合成，为相关研究提供了重要基础与方向[5] - 该成果由南方科技大学与加州大学洛杉矶分校团队合作完成，发表于国际顶尖学术期刊《Nature》[4] 技术方法与挑战 - 研究通过不对称氯化反应合成极具挑战性的非环状N-手性氯代羟胺，并利用亲核取代反应捕获不稳定的手性中间体以获得稳定分子[7] - 技术实施面临三重挑战：氮手性中心立体化学控制困难、中间体结构不稳定易生副反应、低消旋能垒增加手性转移操作难度[7] - 基于自主开发的手性磷酸催化剂库，成功实现羟胺类底物的催化不对称氯化反应，通过底物中引入羟基提升反应速率，完成手性传递[7] 研究成果与验证 - 采用空间位阻较大的手性磷酸作为催化剂，通过两步串联反应成功合成了21个N-立体中心为唯一手性元素的1,2-oxazolidines类化合物，展现出良好底物适用性和官能团兼容性[8] - 所得产物的分子结构及绝对立体构型通过单晶X射线衍射分析确认，晶体结构清晰显示氮原子呈三角锥几何构型并作为分子唯一手性元素[8] - 在氮原子邻位引入刚性螺环结构后，构型稳定性显著提升，对映体过量值在相同条件下仅损失1%，而未引入刚性结构的衍生物对映体过量值在24小时后分别下降21%和34%[10] - 在氯仿溶剂中反应5分钟即可实现氮杂环丙烷类化合物的高对映选择性氯化反应，所得产物对映体过量值均大于90%[10]

技术突破核心观点 - 研究团队提出了一种借助N-硝胺实现直接脱氨官能团化的全新方法，颠覆了工业领域沿用了140年的传统工艺[1] - 该技术利用芳香胺在硝酸介导下原位形成N-硝胺中间体，通过脱除一氧化二氮，实现芳香碳-氮键向多种C-X键的高效直接转化[1] - 团队开发了一锅法脱氨交叉偶联策略，可在同一反应体系中完成多种交叉偶联反应，实现目标产物公斤级的规模化合成[1] 与传统工艺的对比 - 传统工业工艺需先将芳香胺转化为稳定性差、具有爆炸危险性的"重氮盐"中间体[1] - 传统分步策略存在化学计量级铜消耗大、底物兼容性受限等问题[1] - 新技术仅需使用实验室中常见的普通试剂，操作便捷性显著提高[1] 应用前景 - 该全新直接脱氨官能团化技术可在制药领域应用[1] - 该技术可在材料制造领域应用[1]

研究核心突破 - 研究团队提出一种借助N-硝胺实现直接脱氨官能团化的全新方法，能够高效地将惰性芳香族碳氮键直接转化为碳-卤素键、碳-氧键、碳-氮键及碳-碳键等多种重要化学键[1] - 该方案颠覆了工业领域140年来沿用的依赖易爆性重氮盐中间体的传统工艺，为芳基重氮化学提供了一种安全、经济的新方案[2] - 该方法操作简便，仅需使用实验室常见试剂，即能高效实现目标产物的公斤级规模化合成[2][3] 技术优势与应用潜力 - 这种转化方法的关键优势在于几乎适用于所有具有药物相关性的杂芳胺类化合物，以及电性和结构各异的芳香胺[2] - 该通用方案通过将脱氨官能团化与过渡金属催化芳基化相结合，为一锅法脱氨交叉偶联反应建立了统一策略，从而简化了合成过程和后期官能化[2] - 该研究突显了直接脱氨方法在合成化学中的巨大潜力，有望在制药、材料制造等多个重要领域获得广泛应用[2][3]

研究背景与问题 - 自驱动实验室系统通过结合3D打印和人工智能，提高了化学反应器设计的精度与速度，实现实验的实时监测和自主优化[1] - 尽管数字化和自动化带来突破，但现有研究缺乏针对孔隙率、表面积、曲折度等几何参数的统一模型，传统计算方法如计算流体力学模拟存在效率低、计算成本高的问题[1] - 结构化反应器设计依赖人工经验与专用软件，缺乏可推广的统一框架，导致不同体系间的可复用性和通用性有限[1] Reac-Discovery平台核心创新 - 研究团队推出Reac-Discovery半自主数字平台，基于周期性开孔结构，采用集成设计、制造与优化模块的闭环体系[2] - 平台能够并行进行多反应器评估，并具有实时核磁共振监测、机器学习优化工艺参数和拓扑描述符的功能[2] - 平台将数学建模、机器学习与自动化实验系统结合，实现催化反应器从几何设计、3D打印制造到实验优化的全流程一体化[3] - 创新性地将拓扑参数纳入优化空间，突破传统方法调控温度、流速等单一变量的局限，实现几何结构与工艺条件同步优化[3] - 构建基于神经网络的性能预测模型，通过性能模型实现反应器表现的快速评估迭代，显著提高实验效率与资源利用率[3] 平台架构与工作流程 - Reac-Discovery整体架构以机器学习为核心，形成“生成-制造-评估-优化”的一体化流程闭环，主要包含Reac-Gen、Reac-Fab和Reac-Eval三个模块[6] - Reac-Gen模块基于预定义的数学方程生成周期性开孔结构，通过调节尺寸、水平阈值和分辨率参数，在宏观和微观尺度上生成多样化几何拓扑[8] - Reac-Fab模块采用高分辨率立体光刻3D打印技术制造反应器，其基于神经网络的分类模型预测可打印性的准确率高达91%[11] - Reac-Eval模块集成多个结构化催化反应器，对多相反应进行实时监测与自动调控，基于机器学习模型实现工艺参数与几何拓扑的双重优化[12][13] 应用验证与性能表现 - 在苯乙酮加氢反应验证中，平台通过两阶段优化路径进行测试，M1模型预测与实验结果高度一致，可在超过一百万种参数组合中识别最优工艺区间[16] - 在G2优化阶段，M2模型通过对480种可打印的POC结构进行筛选比对，识别出最佳几何形态，验证了平台在多变量优化与结构功能预测中的高精度[16] - 在CO₂环加成反应验证中，平台筛选出的理论最优条件与预测值完全一致，刷新了三相固定化反应器的性能上限[20] - Reac-Discovery反应器在四种不同环氧化物体系中始终保持40%至90%的高转化率，验证了其跨体系的泛化能力与稳定性[20] 行业趋势与影响 - 人工智能在流动化学与反应器工程领域的快速融合，使自驱动实验室逐渐成为化学研究的新范式[22] - 自驱动实验室将自动化实验平台与实时数据分析及人工智能决策相结合，实现了反应设计、执行与优化的一体化闭环，显著提升精度、效率与可扩展性[22] - 自驱动实验室的核心由硬件自动化、算法优化和自学习反馈组成，能够在无人干预下执行实验并迭代改进，实现从实验设计到结果验证的全流程闭环[23]

金属有机框架的科学突破 - 1998年Kitagawa提出金属有机框架可具备柔性特性 目前已有众多柔性MOF材料能在吸附或脱附物质时改变自身形状 [1] - 1999年Yaghi成功构建出高度稳定的MOF-5材料 该材料具有立方空间结构 仅数克材料的比表面积即可相当于一个足球场大小 [1] 金属有机框架的技术价值 - 获奖研究成果首次实现金属离子与有机分子的有序结合 成功设计出具有较大孔洞的晶体结构 [3] - 该技术为合成具有可控空间的化合物提供新方法 目前正被用于解决资源 能源与环境领域的重大挑战 [3]

奖项概况 - 科睿唯安公布2025年度引文桂冠奖获奖名单 共有来自8个国家的22位杰出学者获奖 [1] - 奖项基于多维度数据综合评估 包括科研成果被引表现 研究原创性和突破性 核心贡献者识别及同行认可度 [5] - 自2002年设立以来 已有83位引文桂冠奖得主最终荣获诺贝尔奖 [5] 化学领域获奖成就 - 中国科学院院士张涛因在单原子催化领域的开创性贡献荣获化学领域引文桂冠奖 成为首位获得该奖项的中国内地科学家 [1] - 张涛团队于2011年提出单原子催化概念 将多相催化研究推进到原子精准尺度 [3] - 5位化学领域获奖者的研究涵盖储能 绿色化学 可持续能源与细胞工程 [3] 学术与产业影响 - 单原子催化研究推动了催化科学发展 并广泛影响能源化工 材料科学 生物医药等多个前沿交叉学科 [3] - 该技术已实现万吨级规模的工业化应用 为绿色化工和双碳目标提供新技术支撑 [3]