基础科学研究所(IBS)催化烃类功能化中心的科学家们在合成β-内酰胺支架方面取得了重大进展。β-内酰胺支架是青霉素类和碳青霉烯类等必需抗生素中常见的结构成分。这一突破克服了β-内酰胺合成中的挑战，有望为药物开发提供简化的途径。
构成青霉素的核心化学结构是一种名为手性β-内酰胺的四元环酰胺支架，它也经常出现在碳青霉烯类和头孢菌素等其他类型的主要抗生素中。手性β-内酰胺的高价值潜力已经在现代科学中得到认可，因为它与制药产品相关，因此许多人努力使用现成的原料化学品合成它们。
早在2019年，IBS小组就发现了一种催化反应，可以获得手性γ-内酰胺，这是一种五元酰胺结构，其环大小与β-内酰胺不同。他们通过使用手性铱催化剂实现了高对映选择性;然而，同样的方法不能用于合成四元变体β-内酰胺。
事实上，获得β-内酰胺的一个主要障碍是γ-内酰胺的形成。克服这一关键的区域选择性问题，同时实现高对映体选择性，仍然是β-内酰胺合成的高度挑战。此外，还使用了昂贵的稀土数字在许多方面会造成限制。.jpg)
为了应对这些挑战，IBS研究团队率先使用镍进行了一种新的催化反应，镍是一种天然丰富得多的过渡金属。他们的研究成果发表在《自然催化》杂志上。
他们首先通过利用镍氢(NiH)物种和烯二恶唑酮底物的催化特性，解决了抑制五元γ-内酰胺形成的挑战。在这种新的催化体系下，β-内酰胺支架的形成具有很高的区域选择性，NiH物种与二恶唑酮基序的反应比与烯烃的反应更有利，通过镍酰胺中间体诱导β-选择性碳-氮键的形成。
通过与手性配体的结合，手性β-内酰胺的对映选择性形成也成为可能，可用于生物相关化合物的合成。
IBS的研究人员通过简化合成一些β-内酰胺化合物进一步证明了他们的发现的价值，这些化合物以前需要更复杂的过程。此外，与起始原料相比，生产的β-内酰胺估计具有高达700倍的高市场价值，并且可以使用低成本的镍催化剂实现这一事实使得该工艺具有很高的经济价值。
使这一发展脱颖而出的是它的直接适用性。通过采用这种方法，研究小组提出了更有效和简化的特定药物和天然物质的合成策略。此外，他们通过复杂化学结构的后期功能化完成了新化合物的合成，这些化合物可能成为潜在的候选药物。
张主任评论说:“通过这项研究，我们能够很容易地从廉价的镍催化剂和原料化学品中合成手性β-内酰胺，这是青霉素和碳青霉烯等主要抗生素的骨架。发现合成手性β-内酰胺等高价值材料的新途径是一项重大成就，可以大大缩短药物发现阶段。”
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