在国家自然科学基金项目（批准号：22022103、22071114）的资助下，南开大学赵东兵研究团队在具有重要生物活性的含氮杂环化合物的高效合成方面取得进展，为复杂环系化合物的合成提供了新的思路和启示。相关研究成果以“一个用于多种多样含氮杂环合成的扩环策略（A ring expansion strategy towards diverse azaheterocycles）”为题，于2021年7月19日发表在《自然∙化学》（Nature Chemistry）上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-021-00746-7。
含氮杂环化合物与人类的生活是密不可分的。据统计， 美国食品药品监督管理局（FDA）批准的药物分子中一半以上都含有至少一个氮杂环。开发灵活性好、效率高、实用性强的氮杂环合成新策略一直是有机合成化学的研究热点，同时张力环与π-键之间的环加成反应是目前含氮杂环合成最常用的方法之一。
南开大学赵东兵研究团队提出了含氮杂环化合物合成的新策略：利用两个小环交叉二聚扩环的方法来实现含氮杂环的高效合成（图1）。该团队通过使用钯/路易斯酸协同催化，并同时引入膦配体和双氮配体，巧妙地解决了扩环策略面临的张力环容易发生分解或自聚、反应中可能发生化学键的错配等多方面难题，成功实现多个不同小环的交叉扩环，获得多类具有重要生物活性的含氮杂环如吖庚因、吡啶酮和尿嘧啶骨架。该方法具有100%的原子经济性、可实现传统方法难以合成杂环的高效构筑、模块化易于调节取代基类型等优点。
图1 重要含氮杂环示例及反应策略设计