在“逃离平面”增加药物活性分子的饱和度和复杂度的新药设计理念的启发下，三维笼状饱和烃，例如双环[1.1.1]戊烷（BCPs）、双环[2.1.1]己烷（BCHs）、双环[3.1.1]庚烷（BCHeps）、双环[4.1.1]辛烷（BCOs）、立方烷（cubanes）、楔烷（cuneane）、降三环庚烷（nortricyclanes）及其他C(sp3)富集型笼状结构被视为苯环的潜在生物电子等排体（图1）。
图1. 作为芳烃的生物电子等排体的代表性笼状饱和烃
然而，在药物分子设计中引入富含C(sp3)的三维笼状砌块会产生额外的手性碳中心。研究发现，当此类手性砌块等排置换药物分子中的苯环后，对映体分子之间的药代动力学性能和药物活性也会出现较明显的差异（图2）。因此发展不对称催化方法获得光学纯的手性笼状饱和烃对于手性药物研发至关重要。
图2. 手性笼状饱和烃在药物发现中的重要性
近两年来，合成化学家们在这一领域取得重要突破，他们通过使用酶催化、光化学不对称催化、手性过渡金属催化、手性Brønsted酸催化以及手性路易斯酸催化，为双环[n.1.1]烷烃、立方烷及其它三维笼状饱和骨架的构建提供了高效、高选择性的不对称催化合成方法。
湖南大学冯见君教授课题组聚焦双环丁烷（BCBs）的开环和环加成反应研究及其在芳烃生物等排体设计合成中的应用。近期，该团队应Angewandte Chemie International Edition 期刊的邀请，系统性评述了手性笼状饱和烃催化不对称合成的最新进展；介绍了光学纯笼状饱和烃在药物活性分子的苯环等排置换中的代表性应用。最后，作者深入总结了该领域目前存在的问题与挑战，并对未来的发展方向进行了展望（图3）。
图3. 手性笼状饱和烃的催化不对称合成
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Catalytic Asymmetric Synthesis of Chiral Caged Hydrocarbons as Arenes Bioisosteres
Xue-Chun Yang, Ji-Jie Wang, Yuanjiu Xiao, Jian-Jun Feng
Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202505803
冯见君教授简介
本文通讯作者，湖南大学化学化工学院教授，博士生导师，德国洪堡学者，中国化学会高级会员。2007-2010 年在华东理工大学学习（硕士学位导师：施敏研究员）；2008-2010 年期间在中科院上海有机化学研究所联合培养（指导老师：段伟良研究员）；2013 年博士毕业于华东师范大学（师从张俊良教授）；2013-2014 年于上海药明康德新药开发有限公司担任有机合成高级研究员；2014-2017 年获聘华东师范大学讲师、晨晖学者；2017-2020 年获德国“亚历山大・冯・洪堡基金会(Alexander von Humboldt-Stiftung)”资助在柏林工业大学与 Martin Oestreich 教授合作开展有机硅合成研究；2021 年入选国家高层次人才青年项目（海外），主持国家级和省部级项目 4 项。现以通讯作者和第一作者在 J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，ACS Catal.，Chem. Sci. 等期刊发表高水平论文近50多篇。长期担任 Nature Chemistry, J. Am. Chem. Soc.，Nature Communications, Angewandte Chemie等国际著名期刊审稿人。2025年入选《Chinese Chemical Letters》（中国化学快报）第七届编委会委员。目前课题组在双环丁烷等张力环化学领域取得良好积累和多项成果。课题组长期招聘博士后、研究助理和访问学生。热忱欢迎热爱化学、努力工作、用心生活的同学加入本课题组共同奋斗和成长。同时期待与药物化学家们和制药企业开展生物电子等排置换的新药研发合作。
联系方式：
jianjunfeng@hnu.edu.cn
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