摘要：为进一步增强学术交流与智慧融通的深度与广度，南开大学有机新物质创造前沿科学中心依托品牌活动“有机新物质创造前沿论坛”，特推出【对话前沿】专家访谈栏目，邀请有机新物质创制领域优秀学者共话科技前沿与未来产业、分享科研体会与创新畅想，希望能够与关注物质科学发展的各界
Editor's Note
为进一步增强学术交流与智慧融通的深度与广度，南开大学有机新物质创造前沿科学中心依托品牌活动“有机新物质创造前沿论坛”，特推出【对话前沿】专家访谈栏目，邀请有机新物质创制领域优秀学者共话科技前沿与未来产业、分享科研体会与创新畅想，希望能够与关注物质科学发展的各界力量共同启迪新思维、新路径，为塑造突破之合力、变革之未来提供碰撞智慧火花的平台。
本期，我们邀请北京大学张文雄教授、中国科学院理化技术研究所丛欢研究员、南方科技大学何川研究员，围绕研究领域个人选择、科研工作推进路径及未来发展前沿方向等话题进行分享。
01
稀土杂环化学与有机磷化学领域
北京大学张文雄教授
wx_zhang@pku.edu.cn
我的研究聚焦两个方向：稀土杂环化学与白磷无氯化合成有机磷化学。方向一稀土杂环化学，属于基础研究。针对稀土元素4f电子特性，突破高活性稀土金属杂环合成与表征难题。我们研究之前文献中稀土杂环化合物仅有两例且缺乏反应性研究。我们想挑战自我，填补稀土杂环化学空白，推动稀土金属有机化学发展。方向二白磷无氯化合成有机磷化学，偏应用基础研究。白磷氯化的方法制备有机磷化合物，氯离子仅作为媒介，不存在有机磷产物中，最后产生的氯离子难以循环利用，导致废水处理成本高。我们想摒弃传统氯化工艺，开发白磷直接活化技术，建立无氯、低污染的有机磷合成新方法。结合磷化学化工需求做有用的化学。
两方向协同研究，稀土作为工具，有机磷化合物作为出口，共同推进功能分子设计与可持续化学发展。
2.请介绍您从事该方向研究以来最满意的一个或几个工作。
最满意的工作是我们最近发表在Chem上的白磷无氯化合成手性磷酸。大家都知道，手性磷酸很有用，传统方法都需要通过氯化的路线。我们通过直接从白磷出发，利用商业易得的无氯添加剂促进白磷转化，避免了传统的氯化过程，从而实现了多种高附加值有机磷酸类化合物的绿色合成。该方法不仅操作简单、产品分离容易、产率高，而且从根源上解决了氯离子污染问题，同时添加剂还可以回收利用，大幅降低了生产成本和环境负担。这个工作将来有可能规模化生产，真正结合需求解决了一些合成的问题。
3.您认为该领域研究的重要发展方向有哪些？
我课题组将来工作会更聚焦在白磷的无氯化合成有机磷化学。要做的事情有很多，例如开发白磷无氯化全流程智能工艺，实现关键有机磷，如手性磷配体、含磷药物中间体、含磷材料、含磷电子品、萃取剂和阻燃剂的规模化生产，且产品纯度、性能达国际标准，成本显著低于传统氯化法。
02
多环超分子化学领域
中国科学院理化技术研究所丛欢研究员
hcong@mail.ipc.ac.cn
1.请简述您目前的研究方向，和选择它作为您科研主攻方向的缘由。
我目前研究的方向是针对径向共轭体系的多环超分子结构的精准合成。2015年回国独立工作时选这个研究方向，一方面是受我从本科到博士、博后阶段的导师们的影响，一定要选择一个有特色的，挑战和师傅们不一样的领域，要能做到当别人看到你发表的文章，即使把作者信息盖住，也能第一想到是你的工作，而不是联想到你的某位导师的影子。另一方面，径向共轭体系，尤其是对苯撑首尾相连的大环结构的合成非常有挑战性，前后花了全世界合成化学家70多年的努力才在2008年被首次合成，这样一类结构独特，性质新颖的大环分子，到2015年的时候单独大环的合成已经基本解决，在此基础上更具挑战的定向连接多个径向共轭大环的拓扑结构处于这个领域还鲜有人涉足的最前沿。最后，我自己曾经接受金属有机化学、天然产物全合成、过渡金属催化方法学的教育和训练，对从事这样一个新领域的研究提供了很好的理论知识和实验设计储备。
我最喜欢的工作是实现了利用径向共轭大环构筑机械互锁的结构，发展了一类由全苯骨架构筑的互锁超分子结构。合成机械互锁结构是构筑功能超分子和分子机器的重要研究方向。目前主流的合成方法是借助模板导向预组装互锁骨架，再移除模板的策略。然而现有的模板单元主要由欧美日等国家的科学家所提出，普遍存在的问题是为了照顾模板的可移除性而牺牲了模板的稳定性，从而造成了合成中间体难以分离，底物范围和反应条件受限，影响整体合成效率。我们课题组近期发展了既稳定又可以被移除的偶氮苯作为模板的新方法，克服上述短板，使得合成极具挑战的全苯互锁超分子结构能够被可定制化、可设计地高效合成。
过去的10年来，包括我们课题组在内的国内外同行们经过不懈努力，发展了多种高效合成共轭多环超分子的新方法，设计并合成了数百个结构新颖的多环结构，在“如何提升合成能力”这个问题上取得了长足的进展。在未来，探究这些新颖结构背后所蕴含的独特的理化性质，突破“如何发掘性质潜能”的挑战，将是这个领域发展的未来的重要方向。
03
手性有机硅化学领域
南方科技大学何川研究员
hec@sustech.edu.cn
我们目前致力于“手性有机硅化学”这一前沿领域研究，旨在突破传统碳中心手性体系的认知边界与技术瓶颈。手性作为自然界物质不对称性的核心表征，其研究长期聚焦于碳中心体系，虽在药物合成与材料科学中取得了重要突破，但面临两大根本性挑战：一方面，碳手性物质的结构同源性可能制约其功能创新维度；另一方面，地球碳资源（0.03%）与硅资源丰度（27.7%）的显著差异，呼唤更具可持续性的手性新体系。硅与碳有着相同的价层电子排布，是碳理想的电子等排体。与碳相比，硅的半径更大，键长更长，电负性更小，这些独特性毫无疑问将赋予手性硅物种全新的结构和性质。因此，我们相信发展好手性有机硅化学，将为当前及未来创造出一个崭新的手性硅物质世界，从而带来全新的功能和应用。
如果讲最满意的工作，我觉得我们还在努力中，即能够高效、精准地实现任意结构通用手性硅化合物的构建。最近，通过创新设计手性硅基配体催化体系，我们开发了第三代不对称催化脱氢偶联反应（Si-CADC），正在朝着这个目标努力。
在前期的工作中，我个人比较喜欢的是我们实现了温和条件下Si-H与O-H（醇/水）的分子间不对称脱氢偶联反应，攻克了手性硅醚/硅氧烷/硅醇的催化不对称合成难题（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 5301; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202204912）。这类含Si-O键的化合物不仅是构筑有机硅聚合物的核心结构单元，更作为多功能合成砌块和工具（保护基团、反应试剂、配体、催化剂等）被广泛应用于合成化学领域。尽管传统硅醚/硅氧烷/硅醇合成方法众多，但硅中心手性构筑的关键技术长期缺失，严重制约了新型手性硅材料开发。我们发展的二氢硅烷与醇/水不对称脱氢偶联新方法，实现了结构多样化手性硅醚/硅氧烷/硅醇的高效构建，为功能化手性硅氧化物的合成开辟了新思路，推动了其在手性材料、生物医药等领域的应用。
手性有机硅化学目前还处于研究的初级阶段，其重要发展方向可展望如下：
1、精准合成技术突破：现阶段依然需要突破硅中心手性精准构筑的技术瓶颈，亟需开发更高效、更新颖的合成方法，实现复杂硅手性分子的模块化构建，解决传统反应底物适应性差、官能团兼容性低的问题；
2、催化体系创新：开发具有独特性的手性硅催化模式，包括手性硅基配体催化、手性硅正离子催化、及手性硅自由基催化等，挖掘其在不对称催化反应中的新应用；
3、功能材料创制：发展具有多功能性的手性硅砌块分子，定向构建圆偏振发光材料、手性硅聚合物功能材料等，挖掘硅手性在手性识别、手性发光、手性加密、信息传输等领域的独特优势；
4、生物医药交叉：探索手性硅与酶/受体等生物靶点的特异性识别规律，利用硅原子代谢稳定性优势开发长效靶向药物，同时构建硅手性前药设计与精准递送平台，推动手性科学向硅基生命健康领域延伸。
来源：化学加