全合成领域历史悠久，却从未失去活力。在每个时代，总有几位天才引领风骚，从Woodward、Corey、A.E.、D.H.R. Barton，到如今如日中天的K.C. Nicolaou，谁将成为下一代的领军人物？目前看来，最有希望的是Phil Baran。
Phil S. Baran教授
Phil Baran出生于1977年，1997年在纽约大学获得学士学位，2001年在斯克里普斯研究所获得博士学位，导师是有机化学领域的宗师级人物K.C. Nicolaou教授。Nicolaou教授是天然产物全合成领域的领军人物，合成了许多复杂的明星分子，出版了大量经典论文和书籍，并培养了众多优秀的化学家。毫无疑问，Phil S. Baran是Nicolaou教授最优秀的弟子之一。在攻读博士期间，Baran展示出了卓越的化学才能，五年内发表了34篇文章，博士论文达1255页。他将博士生涯形容为“像海豹突击队”一样的训练。
从2001年到2003年，Baran在哈佛大学跟随另一位有机化学泰斗E.J. Corey从事博士后研究。2003年至今，Phil S. Baran一直在斯克里普斯研究所工作，从助教开始，28岁时获得终身教授职称，38岁成为美国艺术与科学学会院士，40岁当选为美国国家科学院院士。他带领团队攻克了许多具有里程碑意义的天然产物全合成，如Palau'amine和Vinigrol。他还获得了麦克阿瑟天才奖和Mukaiyama奖，一步一步实现了他的学术梦想。
几年前，有人在syntheticmarks发表了一封题为“慢一点，Phil”的公开信，开头就说：“以全人类的名义，请你慢一点…我们凡人跟不上你的脚步。这已经不好玩了，我们需要休息！”
Phil本人还回复了：“要说超人，我的学生们才是‘超人’，他们做了很多工作。”
高水平文章很多，但追求真理才是目的
在Phil S. Baran教授的实验室官网上，你可以看到他发表的众多文章，大部分都是在《Nature》《Science》《J. Am. Chem. Soc.》、《Angew. Chem., Int. Ed.》等高水平杂志上。从事天然产物全合成的小伙伴们应该都能体会到，在这个充满挑战的领域，能够每年保持如此高的发文量是多么不容易。
尽管拥有如此高的发表数量，Baran教授在采访中却表示：“文章本身并不让我兴奋。我认为你必须发表一些论文，因为学生需要工作，化学界需要知道我们在用纳税人的钱做什么。但我们试图以非碎片化的方式发布信息，展示整个研究过程，放在一篇文章里。”此外，Baran教授对他所从事领域的热爱也多次在采访中流露：“那大概是在大学初期，1995年，在纽约大学。当我开始在实验室做化学实验的那一刻，我意识到这是我生命中唯一需要的东西。”
此外，Baran教授的生活也丰富多彩，他现在依然每天早上六点开始工作，并坚持每天去健身房锻炼，被学生们戏称为“健身狂人”（gym rat）。或许正是这种习惯让他有足够的体能应对高强度的工作。Baran教授形容自己是学生们“哭泣时可以依靠的肩膀”。
图片来自Baran Lab Blog
今天，Phil S. Baran教授课题组的研究成果发表在《Nature Chemistry》上，下面，让小编带大家一起拜读一下大佬的最新研究成果。
发现作为亲电卤化试剂的 N-X 异构体酰胺
亲电卤化是药物化学家广泛使用的一种工具，可以预官能化分子，使其进一步多样化，或将卤原子加入药物或类药物中，以解决代谢问题或调节脱靶效应。目前提高卤化能力的方法要么依赖于发明新试剂，要么依赖于用各种添加剂（如路易斯酸或布伦斯特酸、路易斯碱和氢键活化剂）激活市售试剂。目前，人们对能够在温和条件下卤化原本不活泼的化合物的新试剂需求量很大。
在此，Phil S. Baran教授课题组报告了一类基于同分异构酰胺的卤化试剂，该试剂利用了 N-X 同分异构酰胺的锥体化氮中储存的能量作为驱动力。这些稳健的卤化方法与各种官能团和杂环兼容，在 50 多种化合物上得到了验证。相关成果以“Discovery of N–X anomeric amides as electrophilic halogenation reagents”为题发表在《Nature Chemistry》上，第一作者为中国学者Yu Wang。
氯和溴原子被视为是独特的官能团，它们既可以作为进一步反应的前体，又可以作为最终药物成分的有用部分。许多FDA批准的药物中都含有这些卤素，它们可以显著增强所需的性质（图1）。例如，先导结构1和2中加入氯或溴能显著提高其效力(图1a）。亲电芳香卤化反应是晚期功能化的早期实例，仍然受到药物化学家的高度重视。包括C–H活化和酶促卤化在内的各种现代方法为引入卤素提供了替代方案。然而，现有技术往往不足，特别是对于简单结构如伏立康唑中的三唑。本研究引入了一类基于异构酰胺的新型亲电卤化试剂（图1d）。这些试剂利用其结构的独特反应性，高效地在早期和晚期卤化芳烃和其他化合物，计算研究也支持其有效性。
图1：亲电卤化是一种有用的C-H官能化工具：基于异构酰胺的试剂的最新技术和设计
初步探索显示，异构酰胺试剂在多种反应中表现出增强的反应性，如在α-溴化、酸性亚甲基溴化和烯丙基溴化中均显示出优异的选择性和产率。此外，普拉格雷的烯醇乙酸酯几乎可以定量的收率氯化。在规模上的安全性是主要担忧，差示扫描量热法测试表明，6和7的分解能量高于预测冲击敏感性和爆炸传播的相关性，内部爆炸测试显示压力上升率低于仪器的校准阈值，表明其爆炸潜力较低。在多次克级批量试验中未观察到危险事件。为了验证大规模应用，对20g规模的塞来昔布类似物进行了流动氯化反应，通过优化条件，在130分钟内以82%的分离收率得到目标产物，显示出良好的可扩展性(图2b)。研究结果表明，异构酰胺试剂不仅在实验室规模内表现优异，而且在工业规模的应用中也具有很大潜力。
图2：6和7在其他反应模式和流动化学中的应用
最终，通过计算评估了基于异构酰胺骨架的卤化试剂具有优异反应性的初始假设(图3)。尽管异构酰胺氯化试剂6和Palau'chlor的N-Cl键长相同（均为1.73Å），但使用试剂6将14转化为14-Cl的ΔΔG值（吉布斯自由能差）更有利，能量降低了3.4 kcal/mol，这与实验结果一致。密度泛函理论（DFT）计算表明，试剂6的N-Cl键断裂能比Palau'chlor低22.0 kcal/mol，意味着其N-Cl键更活跃。试剂6在氯原子离开后，氮原子从sp3重新杂化为sp2，C-N键缩短，释放大量能量。由于氮原子与羰基的共轭效应，试剂6具有额外的驱动力，这是Palau'chlor所没有的。动力学研究也显示，氯化反应对底物和试剂6均呈现一级反应依赖关系。
图3：基于DFT计算的机理研究
小结：40 多年来，人们已经知道并广泛研究了异构酰胺。这项研究指出，此类结构的卤化变体（Cl 和 Br）可以利用嵌入的杂化或应变，当这些卤原子离开时，杂化或应变就会恢复或释放。在具有挑战性的亲电芳香卤化反应中，即使是在目前已知的最有力的条件下，也会出现产率低或不可行的情况，而由此产生的试剂则表现出很高的反应活性、区域选择性和化学选择性。对这些结构的安全性进行了研究，并在模拟工艺环境中演示了大量克级批量反应和十克级流动反应。初步研究结果表明，这些试剂也可用于其他卤化反应。计算研究支持了最初的假设，并可作为开发其他多功能试剂和在合成中使用同分异构酰胺支架的基础。
来源：高分子科学前沿
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