▎药明康德/报道
上海时间4月16日，全球光化学领域的三位顶尖专家David MacMillan教授、Tehshik Yoon教授、Corey Stephenson教授将造访上海总部，从光氧化还原催化的基本概念到药物化学及化学工艺中的金属氧化还原策略，带来三场学术讲座。对于从事有机合成的科学家来说，这是一场不容错过的科学盛宴。
“生机勃勃的沙漠”
1912年，意大利化学家Giacomo Ciamician教授在一场国际会议中，畅想了属于“光化学”的未来。他预见在未来，由玻璃管打造的“森林”和各种尺寸的温室将让片片荒漠变得生机勃勃。在阳光的照射下，这些玻璃容器中将源源不断地产出能源、药物、材料，供人类使用。
▲率先畅想光化学未来的Giacomo Ciamician教授（图片来源：Raffaello Nasini (1854 – 1931) [Public domain]）
百年后的今日，Ciamician教授的预言听来仍像科幻。但一群顶尖科学家却继承了他的遗志，驾驭“光”的力量，让原先不可能的化学反应变为可能。而其中的领军人物之一，便是普林斯顿大学的David MacMillan教授。
与许多有机化学家一样，MacMillan教授就像是一位魔术师，操纵着碳、氢、氧等原子的排列组合，创造新颖的分子。但又与许多有机化学家不同，他并没有满足于常规的手段，而是对光的魔力深深着迷。通过经济的光照诱导，我们能够简便地获得有机合成中一类十分重要的活性中间体——自由基。在其参与之下，许多化学反应能够形成常规热反应难以获得的产品。我们能借助光的力量，带来全新的化学反应吗？
难。
自Ciamician教授的时代起，无数科学家想要用光来催化化学反应，成功却寥寥无几。诚然，光能够激活分子，形成易于反应的自由基，但这一过程无法被精准调控，因此无法精准地合成想要的分子。
但在2007年的夏天，这一切发生了改变。
改写百年规则
当时，MacMillan教授与他的博士后研究员David Nicewicz正在尝试将溴代羰基（bromocarbonyls）与醛基（aldehydes）进行连接，创造一种全新的化学键。这类化学键对创造新的药物分子非常重要，但先前没有人知道应该怎么做。
▲光化学领域的先驱之一David MacMillan教授（图片来源：David MacMillan教授提供）
多次尝试之下，Nicewicz博士取得了有限的成功。说它成功，是因为一种方法确实可行。说它有限，是因为这种方法需要高能量的紫外光（UV）照射才能实现。我们知道，阳光中的紫外光会破坏皮肤细胞中的分子。同理，这种高能量的电磁波会破坏化学反应中的多官能团化复杂底物，让它们不可避免地出现分解，产生大量负反应。因此，这种方法在合成中的实用性大大受限。
相较紫外光，可见光的能量要低得多，因此可能也更为温和。先前，人们发现通过结合可见光和含钌的催化剂，能够成功“打破”水分子，获得氧和氢。这类反应也被称为“光氧化还原催化”。
受其启发，MacMillan教授与Nicewicz博士在反应中加入了含钌的催化剂，并用常见的荧光灯对反应用的烧瓶进行照射。后续的分析结果，超越了他们最狂野的想象——通常而言，化学家们在纸上写下的新型反应几乎总以失败告终，而在光氧化还原催化下，这一反应合成的分子数目极多，且纯度极高。
更可喜的是，研究人员们发现，这一方法不仅能用于一种反应，而是能用于多类反应，这彰显了它的无限潜力。2008年10月，这项工作发表在了顶尖学术期刊《科学》上。
照亮未来的光
在MacMillan教授团队在《科学》杂志上发表这一重磅发现的同一天，来自威斯康辛大学麦迪逊分校的Tehshik Yoon教授（MacMillan教授曾是他的博士导师）与其团队也在顶尖化学期刊《JACS》上发表研究，介绍了一种使用光和含钌催化剂进行另一种化学反应的方法。不到一年，密西根大学的Corey Stephenson教授团队也发现了另一种基于光氧化还原催化的反应。
▲Tehshik Yoon教授（左）与Corey Stephenson教授（右）也同样是光化学领域的先驱（图片来源：两位学者提供）
在这几位先驱者的探索之下，光化学领域开始了蓬勃发展。迄今，也已有数百种光氧化还原催化剂问世。目前，科学家们正在不断开发新型的催化剂，用于更多新颖的反应，或是简化已有的反应。在MacMillan教授任职的普林斯顿大学，一项研究报告指出2010年斩获诺贝尔化学奖的一个反应，在两个关键分子相连之前，需要经过多个不同的合成步骤。而光化学反应有望让我们省略这些步骤，让这个重要反应变得更为经济和简便。
此外，光化学反应还在能源与环保领域获得了广泛应用——由于反应条件温和，选择性好，负反应少，光氧化还原反应已成为了绿色化学的前沿方向之一。
▲一些代表性的光氧化还原催化剂：钌（II）多吡啶配合物和铱（III）苯基吡啶配合物以及不含金属的有机催化剂
许多研究人员们相信，在几年内，光化学反应将在新发领域带来进一步的变革，诸如胰岛素等生物制剂都有望通过光化学反应来合成，更好地满足人类的需求。在，为实现新颖化学合成和提高合成效率，科学家们也已结合丰富的化学经验与光化学专业知识和技能，搭建了业内领先的光化学平台，驾驭光催化氧化还原反应的力量，用于化合物库合成。作为全球每年进行最多光催化氧化还原反应的平台之一，也非常荣幸能够邀请这三位光化学领域的大师前来分享经验。
我们相信，这次讲座对于诸多有机化学家来说会是一个难得的交流机会，欢迎前来报告现场一睹大师风采，并在提问环节与三位教授互动！
本文题图：Pixabay
参考资料：
[1] Bright future: Unlocking the potential of light, Retrieved April 13, 2019, from https://www.princeton.edu/news/2017/01/09/bright-future-unlocking-potential-light
[2] 官网 – 合成技术, Retrieved April 13, 2019, from https://www.wuxiapptec.com.cn/pha_disc_synthmedche.html
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