走在“绿色化学”研究路上

肖延胜

化学方面的研究曲高和寡，普通人不易理解；但生活在现代社会，每个人留心一下自己的生活用品，会发现化学研究的成果就在身边，没有它们日常生活已经无法正常运行。在扮演人类生活重要角色的同时，它们也给人类的生存制造了许多棘手的环境问题。1991年，为了有效地保护环境，美国化学学会（ACS）提出了“绿色化学”的概念，本文的主人公刘路就是一位行走在“绿色化学”科研路上的有机化学工作者。

在这个特殊的领域，刘路的研究已经有所收获。目前，他以第一作者或通讯作者的身份，在德国应用化学（1篇），美国化学会志（1篇）等国际知名杂志上发表论文十几篇；申请国内专利两项；2014年，刘路还入选上海市科委的“浦江人才计划”。

“绿色化学”的核心，是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，反应物的原子全部转化为期望的最终产物。美国化学家、斯坦福大学教授B.M.Trost教授在此基础上提出了“原子经济性”的概念，这些理论的提出是因为，随着合成化学的飞速发展，化学在人类生活中的应用越来越广泛。例如：药物化学的发展有助治愈不少疾病，延长人类的寿命；有机高分子材料创造新的制衣和建造材料；农药化肥的发展，控制了虫害，也提高了生产。但同时，它们所造成的环境问题日益威胁着人类的生存，已经成为包括中国在内的世界各国，进入21世纪时面临的最严峻挑战之一。保护环境对保证我国经济长期稳定增长、实现可持续发展的基本国家利益至关重要。因此，“绿色化学”方面的研究也具有了特殊的意义。

“绿色化学”及相关理论的提出，标志着化学工作者开始思考如何利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，对发展高产率、高选择性、高效率的有机转化来减少废弃物的排放具有重要的意义。刘路2010年于华东师范大学化学系获得博士学位，同年赴美国迈阿密大学从事博士后研究，2013年回国任职于母校华东师范大学化学系，目前主要的研究方向就是发展高效率、高选择性、高产率、步骤经济以及原子经济的有机合成新策略。

“绿色化学”的实现在工艺上，可以通过两个方面来改进：一是对于传统的已有的化学转化，需要发展新一代合成技术来超越和取代传统工艺；二是对于转化全过程包括从原料、催化剂到产品进行全面变革，彻底取代传统工艺和产品。比如，苯酚结构广泛存在于天然产物、药物、生物活性化合物以及功能材料中，例如抗帕金森氏病的屈昔多巴（L-DOPS）、药物雌激素样活性成分二苯乙烯二聚体pallidol、具有抗生素作用的bagremycin A都含有这类结构；同时该类结构也是一类很重要的有机合成砌块，在合成有机化学中应用广泛。在传统方法中，合成这类苯酚衍生物需要把苯酚的活泼的羟基保护起来，最后再把保护基团脱除，这样保护和去保护两步都是浪费的步骤。因此，发展新的方法学，实现高选择性的苯酚直接碳氢键官能化能，有效地提高了这类合成反应的效率和原子经济性。在已知的反应中，苯酚和重氮化合物在过渡金属例如铑、铜、铁等催化下得到的都是氧氢键插入的产物，在研究中，刘路和张俊良教授共同发现了在金催化下可以得到碳氢键插入的产物，同时改变配体，可以使这个反应以几乎当量的收率高选择性的得到对位官能化的产物。

这项成果于2014年发表在美国化学会志上，是当月阅读最多的文章Top 5，同时被编辑在spotlights上进行亮点点评。刘路以此为研究课题的“金催化选择性的X-H键和C-H键插入”，已经获得了上海市科委“浦江人才计划”的支持。他选择了“绿色化学”的研究方向，在这条道路上正大步向前迈进。