在ChangSukbok主任的带领下，基础科学研究所(IBS)催化烃功能化中心的科学家们在β-内酰胺支架的合成方面取得了重大进展，β-内酰胺支架是青霉素等重要抗生素中常见的结构成分。碳青霉烯类。这一突破克服了β-内酰胺合成的挑战，有望简化药物开发途径。

青霉素的核心化学结构是一种称为手性β-内酰胺的四元环酰胺支架，这种结构也常见于其他类型的主要抗生素，如碳青霉烯类和头孢菌素中。鉴于手性β-内酰胺与医药产品的相关性，现代科学已认识到手性β-内酰胺的高价值潜力，导致人们做出许多努力，利用现成的化学原料来合成它们。

早在2019年，IBS小组就推出了一种催化反应，可以得到手性γ-内酰胺，即环尺寸与β-内酰胺不同的五元酰胺结构。他们利用手性铱催化剂成功实现了高对映选择性;然而，同样的方法不能应用于四元变体β-内酰胺的合成。

事实上，获取β-内酰胺的一个主要障碍是γ-内酰胺的竞争形成。克服这一关键的区域选择性问题，同时实现高对映选择性，对于β-内酰胺的合成仍然具有挑战性。此外，使用昂贵的稀土金属会在许多方面造成限制。

通过这项研究，研究人员证明了药物和天然物质(包括手性β-内酰胺)的合成程序可以简化。此外，通过展示通过复杂分子的后期功能化轻松获得候选药物化合物的能力，他们证实了实际工业应用的潜力。图片来源：基础科学研究所

为了应对这些挑战，IBS研究小组开创了一种使用镍的新型催化反应，镍是一种天然丰富的过渡金属。他们的工作已发表在《自然催化》杂志上。

他们首先利用氢化镍(NiH)物质和烯烃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。在这种新的催化系统下，针对所需的β-内酰胺支架的形成实现了高区域选择性，其中NiH物质与二恶唑酮基序的反应比与烯烃的反应更有利，从而通过镍-氨基中间体诱导β-选择性碳-氮键的形成。

通过与手性配体结合，对映选择性形成手性β-内酰胺也成为可能，可应用于生物相关化合物的合成。

IBS的研究人员通过简化以前需要更复杂工艺的多种β-内酰胺化合物的合成，进一步证明了他们的发现的价值。此外，与起始原料相比，所生产的β-内酰胺的市场价值估计高达700倍，而这一点可以使用低成本的镍催化剂来实现，这一事实使得该工艺在经济上非常理想。

这一发展的突出之处在于它的直接适用性。通过采用这种方法，团队针对特定药物和天然物质提出了更高效、更简化的合成策略。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，这些新化合物可以成为潜在的候选药物。

张主任评论道：“通过这项研究，我们能够利用廉价的镍催化剂和原料化学品轻松合成手性β-内酰胺，这是青霉素和碳青霉烯等主要抗生素的主干。发现了合成手性等高价值材料的新途径。”β-内酰胺是一项重大成就，可以大大缩短药物发现阶段。”

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