5月1日，兰州大学化学化工学院、天然产物化学全国重点实验室曾会应教授与加拿大麦吉尔大学李朝军教授团队合作，在国际顶级学术期刊《Science》发表研究论文，报道了一种面向吲哚分子的精准骨架编辑新策略。该研究突破传统分子外围修饰思路，直指吲哚核心骨架，在关键位点实现单碳原子置换，并在这一过程中同步引入新的功能基团，实现了骨架重构与位点功能化的协同完成，为复杂分子的后期精准改造提供了新方法、新路径。
吲哚骨架广泛存在于药物分子、天然产物及多类生物活性分子之中。据不完全统计，全球临床使用药物中超过70种含有吲哚结构。也正因如此，如何在尽量保留其核心优势的基础上，对吲哚骨架实施更高效、更精准的深层改造，能为相关药物开发和天然产物全合成提供新技术和手段。
研究团队利用天然色胺侧链的结构特点，将其转化为驱动分子内部骨架编辑的“分子机械臂”。在光化学条件下，这一设计能够触发分子内串联反应，使原本高度稳定的吲哚骨架发生可控重组：一方面，原有的一个碳原子被精准移除并完成置换；另一方面，相应位置同步引入新的功能基团，从而形成兼具新连接关系与新化学属性的吲哚骨架。
这项工作的突出创新在于，并非仅仅实现了吲哚骨架关键位点的单碳原子置换，而是将“单碳置换”与“位点功能化”耦合为同一转化事件，使骨架编辑由“改结构”进一步迈向“改结构并赋功能”的新阶段。对于复杂分子的后期改造而言，这种“结构重建—功能再赋予”一体化实现的策略，不仅具有鲜明的方法创新意义，也体现出更具方法学深度的分子骨架编辑思路。
同时，该策略还展现出良好的底物普适性和应用潜力。研究表明，该反应对具有不同电子性质和空间位阻特征的芳基、烷基、酰基底物均表现出良好兼容性，反应产率最高可达96%；还可进一步引入氨基酸、肽段以及多种药物分子片段。这表明，该策略具备面向复杂分子后期修饰、药物分子优化和分子多样性拓展的现实价值。
尤为值得关注的是，研究团队还将该骨架编辑策略成功应用于复杂天然产物全合成。借助该方法，团队仅用4步便完成了单萜吲哚生物碱 Quebrachamine 的全合成，获得了该分子迄今最短的合成路线和最高的总收率。这一结果说明，该策略不仅能够在反应方法学层面实现“结构重建与功能再赋予”的协同完成，而且已经具备进入复杂分子合成体系、重塑路线设计逻辑的能力。
据介绍，该研究自2020年启动，围绕反应条件优化、底物拓展、机理研究和天然产物全合成应用等环节持续攻关，前后历时近六年，充分体现了团队长期坚持、系统推进的科研韧性。此次成果的取得，不仅展示了兰州大学化学学科和天然产物化学全国重点实验室在有机合成与天然产物化学研究领域的持续创新能力，也为复杂分子精准改造提供了新的方法学范式。未来，随着这一策略在更多分子体系中的拓展，其有望在药物分子优化、天然产物全合成以及同位素标记等领域展现更加广阔的应用前景。该项成果的取得，也是兰州大学化学学科创建80周年暨天然产物化学全国重点实验室成立40周年的重要献礼。
论文共同第一作者为兰州大学化学化工学院、天然产物化学全国重点实验室张铃、郎亚韬和雒珍，兰州大学为论文第一完成单位，曾会应教授和麦吉尔大学李朝军教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、绿色催化与合成国际联合研究中心、甘肃省科技重大专项及兰州大学人才基金等项目资助。
编辑、审核：石瑾鹏
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