印第安纳州西拉法叶 — 想象一下，一种新的救命药物被成功研发，但其独特结构却使制造过程异常困难。该药物可能因成本过高或供应短缺而根本无法投入生产。在普渡大学，化学家克里斯托弗·宇枝正致力于解决这一行业痛点，且已在至少一个关键案例中取得突破。
宇枝担任理学院赫伯特·C·布朗化学讲席教授，是催化领域的权威专家。催化剂作为加速化学反应的物质，其核心价值在于推动反应进程。他在开发制药、能源应用材料及农业化学品的化学反应时，始终坚持采用安全且易获取的原材料。
"在实验室中，我们重点研究有机化学中哪些关键结构虽极其重要却难以合成，进而探索如何设计催化剂来攻克这些难题，"宇枝解释道。
他的研究植根于普渡大学在有机化学领域的深厚积累，包括曾获诺贝尔奖的新反应设计成果。宇枝的工作属于普渡大学"一体健康"倡议的重要组成部分，该倡议整合了人类、动物和植物健康研究。其研究特别支持该倡议对先进化学的聚焦——普渡大学研究人员在此深入探索复杂化学系统，并开发创新技术与应用方案。
宇枝实验室专注两大研究方向：一是设计能处理高难度反应而不损失精度的小型合成催化剂；二是开发环丙烷制造新工艺——环丙烷是由三个碳原子构成的三角形结构，广泛存在于药物分子中。
他设计的一种化学反应现已纳入辉瑞公司生产Paxlovid的工艺流程。Paxlovid作为美国食品药品监督管理局于2021年12月首批授权的新冠一线治疗药物，其分子结构需要特定环丙烷组分。这类环丙烷不仅难以人工合成，也无法从天然来源便捷获取。
值得庆幸的是，宇枝团队早在新冠疫情爆发前数年，就已开发出使用钴催化剂的创新反应。该工艺能从安全常见的原料中精准合成所需环丙烷类型，显著优化了生产成本效益。
宇枝通过将碳三角中的单碳组分（称为卡宾）与双碳组分结合来生产环丙烷。实现此过程需先生成高反应活性的卡宾分子。以Paxlovid使用的卡宾为例，其碳原子上延伸出两个甲基基团，同时与双碳组分形成化学键。传统方法依赖高能试剂生成卡宾，存在显著安全隐患。宇枝正致力于开发新型催化剂，实现从稳定分子中安全生成卡宾的工艺。
其核心研究目标之一是构建"通用偶联反应体系"，使科学家能按需将任意类型卡宾连接至目标分子。
"我们的方法使工业界能安全应用此类化学反应，彻底规避高能试剂带来的安全风险，"宇枝强调。此外，新催化剂充分利用钴、镍等常见金属——这些金属储量丰富、获取便捷且成本低廉。
催化专家克里斯托弗·宇枝设计的反应现已整合至辉瑞新冠治疗药物Paxlovid的生产工艺中。理想催化剂应具备高效驱动目标反应且无副产物的特性，即高活性与高选择性。宇枝专注于均相催化剂研究——这类小型合成分子以选择性著称。相较于工业常用非均相催化剂（依赖大尺寸金属颗粒驱动反应），均相催化剂在反应强度上存在局限。非均相催化剂凭借广阔表面积，如同将分子固定在胶带上，在多个接触点稳定分子并完成复杂反应；但其表面积过大也易引发副反应。宇枝的创新在于将非均相催化剂的优势特性融入均相催化剂体系。
"我们设计的系统可将多种金属整合至均相催化剂中，从而实现对催化剂活性位点的精准控制——我们能明确预知其将触发的化学反应。这正是前人难以攻克的技术瓶颈，"宇枝指出。
宇枝在卡宾转移反应领域的研究由美国国立卫生研究院资助，其强化催化剂项目则获得美国国家科学基金会与能源部科学办公室的支持。
论文
1,3-二烯的钴催化还原二甲基环丙烷化
《德国应用化学》
17个月内开发尼马曲韦的商业化制造工艺
《ACS中心科学》
由氧化还原活性配体支持的双镍活性位点
《化学研究记述》
媒体联系人： 特雷弗·彼得斯，peter237@purdue.edu
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