饱和N-杂环是天然产物和生物活性化合物中普遍存在的结构。因此，开发构建N-杂环的合成方法在合成领域具有重要意义。通过采用分子编辑技术将这些基序的环系统改变为具有不同环大小的类似物将在药物化学中非常有吸引力。
2024年11月21日，华东理工大学陈宜峰教授在国际顶级期刊Nature Chemistry发表题为《Diversified ring expansion of saturated cyclic amines enabled by azlactone insertion》的研究论文，吴利城、夏含玉为论文共同第一作者，陈宜峰教授为论文通讯作者。
陈宜峰，华东理工大学化学与分子工程学院教授。2007年本科毕业于苏州大学，导师: 邹建平教授；2012年在中国科学院上海有机化学研究所取得博士学位，导师: 刘元红研究员，随后留校担任研究助理。2013-2017年先后在美国麻省理工学院（导师: Stephen L. Buchwald教授）、美国耶鲁大学（导师：Timothy R.Newhouse教授）从事博士后研究。2017年加入华东理工大学担任教授。
陈宜峰教授的研究方向为有机合成化学（过渡金属催化合成方法学），包括（1）不对称催化：设计新型手性配体，聚焦多层次手性中心精准构筑；（2）羰基化反应：发展温和条件下丰产过渡金属催化的羰基化反应；（3）分子编辑：开发新方法、新技术实现非张力环状分子骨架重组。
作者在此提出了将甘氨酸衍生物作为二碳合成子直接插入到无张力的五元或六元饱和环胺中的可预测位点，从而能够通过连续的钌（Ru）催化的C-C键形成、逆氮杂-迈克尔加成和内酰胺化过程来构建具有合成挑战性的中等大小的氮杂环化合物。
经过进一步推导，作者利用这个同系平台来实现将一个或两个碳单元模块化插入脂肪环中。将单个氮杂环转化为最多五个其他氮杂环，为使现有候选药物多样化和增加临床成功的可能性提供了一个有希望的工具箱。
图1：N-杂环的同系扩展
图2：多样化的骨架编辑和合成应用
图3：后期修饰和应用
图4：机理研究
综上，本论文研究了通过直接插入甘氨酸衍生物作为二碳合成子到无张力的五元或六元饱和环胺中，实现了中等大小的氮杂环化合物的合成，这一过程涉及连续的钌催化C-C键形成、逆-氮杂-迈克尔加成和内酰胺化过程。
这项研究不仅丰富了合成化学的方法库，特别是在药物发现领域，通过多样性导向合成策略，能够快速评估结构-活性关系，有助于识别具有特权结构的化合物，而无需从头开始合成。这项技术还能够对现有药物进行骨架编辑，增加药物的骨架多样性，从而可能发现新的活性化合物，对于新药开发和药物优化具有重要的实际应用价值。
Wu, L., Xia, H., Bai, J. et al. Diversified ring expansion of saturated cyclic amines enabled by azlactone insertion. Nat. Chem. (2024). https://doi.org/10.1038/s41557-024-01668-w.
