碳龙化合物在催化和乏氧治疗中的应用-百灵威

碳龙指的是：一条平面共轭的碳链（碳数大于等于7）通过至少3个碳-金属键螯合一个过渡金属形成的化合物。它是夏海平教授课题组发现并命名、中国原创的一类全新金属杂环化合物。

骨架嵌入金属的芳香体系（包括碳龙物种）因过渡金属的d电子参与离域备受关注，因合成困难、水氧稳定性不足等原因，其性能与应用研究之前是空白。夏海平教授课题组突破了碳龙配合物合成与稳定两大瓶颈，在国际上率先开展并引领了金属杂芳香体系性能研究，使该领域往应用拓展迈出了一大步。

碳龙结构特点

结构决定性能、性能决定应用，碳龙的结构特征之一即铂族金属位于芳香环内使其具有较好的催化功能，且碳龙过氧化物配合物可催化氧气活化，进而可用于光活化治疗乏氧肿瘤。

催化功能

1、催化非活化烯烃的双官能团化

碳龙复合物可作为高效催化剂，催化非活化烯烃的双官能团化反应（图1），合成了80多个具有潜在生物学意义的有机硒化合物。尤其是针对极具挑战性的不对称脂肪族烯烃和胺基亲核试剂仍具有较高活性。且具有产率高，化学选择性、区域选择性和立体选择性好的特点。

该研究还发现：(1) 通常呈惰性的锇中心可激活 N或O中心亲核试剂。(2) 铜-锇键及其协同作用通过使反应组分靠近，在控制选择性方面发挥重要作用。 (3) 金属芳族部分有助于稳定中间体。这些发现为基于金属-金属芳香族协同效应的催化剂设计提供了新的视角，而这种效应此前在双金属配合物中从未实现过^[1]。

图1：催化非活化烯烃的双官能团化反应^[1]

2、无助剂氧化

一种双氧衍生的单核锇过氧化物碳龙复合物，其中过氧化物配体由内部芳香金属环稳定。此过氧化物可在无助剂的条件下进行醇脱氢，此反应（图2）也适合其他底物（如胺）的无助剂氧化^[2]。

图2：无助剂氧化反应^[2]

乏氧治疗

无O₂环境中锇过氧复合物（Os2），在光照下能够释放O₂ •−，同时转化为另一种活性锇复合物（Os1），Os1兼具化疗和光动力学特性，从而能够在缺氧肿瘤中保持良好的光毒性。锇过氧复合物Os2能够诱导铁死亡，且锇过氧复合物在光照下将NADH氧化为NAD +，进一步有助于诱导铁死亡。在体内水平上，锇过氧复合物实现了对实体缺氧肿瘤的高效光活性治疗。这项研究为对抗缺氧肿瘤提供了一种有新的策略^[3]。

乏氧治疗^[3]

合成试剂

品名	CAS	货号
Potassium tert-butoxide, 1.0 M solution in THF, J&KSeal 叔丁醇钾	865-47-4	962820
Titanium(IV) isopropoxide, 98% 钛酸四异丙酯(IV)	546-68-9	162947
1,5,7-Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene, 98% 1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯	5807-14-7	478441

品名	CAS	货号
Potassium carbonate, 99% 碳酸钾	584-08-7	212583
Sodium sulfate, 99%, anhydrous, for residue analysis 硫酸钠	7757-82-6	940131
Dimethyl sulfoxide-d6, N/A, 99.8 atom%D, contains 0.03% v/v TMS 氘代二甲基亚砜-d6	2206-27-1	182473

FH Cui, Y Hua, YM Lin, J Fei, LH Gao, X Zhao, H Xia. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 2301-2310.
Zhihong Deng, Peng Wu, Yapeng Cai, Hong Zhang, Binju Wang, Haiping Xia. iScience 2020, 23, 101379
Nong Lu, Zhihong Deng, Jing Gao, Chao Liang, Haiping Xia & Pingyu Zhang. Nat. Commun. 2022, 13, 2245.