無論是聚對酞酸乙二酯（PET）和聚四氟乙烯等合成材料、藥物還是調(diào)味品，沒有人工合成化合物的生活幾乎難以想象?；瘜W工業(yè)依賴于高效、長期合成衍生分子的方法。為此，化學家經(jīng)常使用催化劑，這些添加劑可以促進和控制化學反應(yīng)。

但是這些反應(yīng)是如何被發(fā)現(xiàn)和發(fā)展的呢？高水平知識和理解是必要的，但機遇也起著決定性的作用。德國明斯特大學一組化學家開發(fā)了一種策略，以系統(tǒng)的方式產(chǎn)生這種“隨機命中”。

目的是發(fā)現(xiàn)新的、意想不到的反應(yīng)，其研究發(fā)表在《化學》上。系統(tǒng)地進行大量實驗的過程被稱為篩選，特別是在與活性成分有關(guān)的藥物研究中已經(jīng)確立了實踐。研究開發(fā)的發(fā)現(xiàn)反應(yīng)篩選方法結(jié)合了兩個步驟，涵蓋了反應(yīng)中各種單獨的元素，這兩個步驟結(jié)合起來，旨在發(fā)現(xiàn)新的、綜合相關(guān)的反應(yīng)。在第一步，化學家檢查潛在的底物是否真的與催化劑相互作用。為此，在光催化劑的情況下，采用了發(fā)射猝滅現(xiàn)象。

如果底物降低了催化劑的排放，催化劑和底物之間就可能發(fā)生相互作用。通過系統(tǒng)地篩選大量隨機選擇的化合物，可以識別出與催化劑相互作用未知的新分子。然而，底物和催化劑之間的相互作用本身并不產(chǎn)生反應(yīng)。因此，篩選過程的第二階段包括檢查當反應(yīng)伙伴和催化劑存在時，是否確實發(fā)生了反應(yīng)。這意味著，由于結(jié)合了兩個篩選步驟，第一次可以確定新反應(yīng)中的兩個伙伴，哪個反應(yīng)生成新產(chǎn)品。

意想不到的反應(yīng)

明斯特大學有機化學研究所的Frank Glorius教授解釋說：這種二維策略不僅能讓我們發(fā)現(xiàn)新的催化-底物相互作用，還能實際發(fā)現(xiàn)新的反應(yīng)——包括一些之前沒有預料到的反應(yīng)。研究表明，研究能夠發(fā)現(xiàn)并進一步發(fā)展三種以前未知的反應(yīng)。其中一種反應(yīng)是所謂的光化學環(huán)加成反應(yīng)，在這種反應(yīng)中簡單的扁平分子苯并噻吩轉(zhuǎn)移到復雜的三維結(jié)構(gòu)中。該研究的主要作者、博士生菲利克斯?斯特里特-卡爾索夫(Felix striethi - kalthoff)表示：

按照研究論文的表述，我不會認為這種反應(yīng)是可能的，因為這種反應(yīng)的關(guān)鍵步驟實際上不應(yīng)該是可能的。為了更詳細地研究這個問題，化學家們聯(lián)系了埃爾蘭根大學的德克·古爾迪教授，他被認為是研究光化學過程的世界領(lǐng)先專家。通過以超快光譜學的形式進行測量，得以揭示這一物質(zhì)。為了系統(tǒng)地觀察和研究反應(yīng)中的各個步驟，化學家們使用了超短激光脈沖?，F(xiàn)在能夠為三重態(tài)-三重態(tài)能量轉(zhuǎn)移(關(guān)鍵的激活步驟)中的潛在分子過程提供更好的解釋。

這種更深入了解將有助于開發(fā)新的工藝和催化劑，這個例子表明，這種篩選方法的結(jié)果不僅能產(chǎn)生新的反應(yīng)，而且還有助于加深對該主題的理解。相信，這一策略可以應(yīng)用于催化的其他領(lǐng)域——甚至更廣的領(lǐng)域。除了使用新的計算機技術(shù)外，研究小組已經(jīng)在竭盡全力開發(fā)新的篩選方法，以發(fā)現(xiàn)和理解新的反應(yīng)類別。有一件事是Frank Glorius確信的：相信，基于數(shù)據(jù)的策略(如這些篩選方法)所產(chǎn)生的新型反應(yīng)，將對合成化學的發(fā)展產(chǎn)生決定性的影響。

博科園｜研究/來自：明斯特大學

參考期刊《化學》

DOI: 10.1016/j.chempr.2019.06.004

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