加州大学洛杉矶分校（UCLA）的有机化学研究团队近日在《自然化学》（Nature Chemistry）发表成果，报告合成两类含碳—碳双键的罕见笼状分子化学体系——cubene和quadricyclene。研究人员称，这些分子在几何构型与键合特征上偏离了有机化学教科书中对烯烃的典型描述，拓展了可合成分子结构的范围，并被认为可能为未来药物发现提供新的分子形态选择。

该团队由UCLA化学与生物化学系肯尼斯·N·特鲁布拉德杰出教授Neil Garg领导。研究背景之一是其团队在2024年曾挑战布雷特规则（Bredt's rule）。这条沿用逾百年的经验规则认为，在桥联双环分子的“桥头位”（环连接处）不应存在碳—碳双键。

在常见烯烃中，双键碳原子通常呈三角平面几何结构，相关原子趋于共面。Garg团队与其长期合作伙伴、UCLA杰出研究教授、计算化学专家Ken Houk在新研究中指出，cubene和quadricyclene由于独特的三维笼状骨架，其双键附近的几何构型出现显著偏离，相关键级更接近1.5而非传统意义上的2。

Garg在论文相关表述中称，过去化学界曾有人主张应当能够合成此类烯烃分子，但由于长期遵循结构、键合与反应性等“规则”，类似cubene和quadricyclene的分子在实践中往往被回避。他同时表示，这些规则更应被视为指导原则。

合成路径方面，研究人员首先制备带有硅基团的稳定前体，并在相邻位置引入离去基团；随后使用氟化物盐处理前体，在反应器中原位生成cubene或quadricyclene，并由另一反应物直接截获，进一步转化为其他难以制备的复杂产物。研究团队表示，这些反应之所以能够快速发生，与相关烯烃碳原子呈现严重锥形化、而非典型平面结构有关。

为描述这种显著扭曲的构型，研究团队引入“超锥形化”（hyperpyramidalized）一词，并结合计算研究分析其异常弱的键合特征。研究人员同时指出，cubene和quadricyclene属于高度应变且不稳定的分子，目前尚无法分离或直接观察，但实验结果与计算研究支持其短暂存在的可能性。

研究团队将该成果置于当前药物分子设计趋势之中进行表述：研究人员正尝试合成具有更强三维特征的新型分子结构，以拓展药物化学的结构空间。Garg表示，相较于过去较为常见的平面结构，当前更需要不寻常且刚性的三维分子。

论文作者包括Garg实验室的UCLA博士后与研究生Jiaming Ding、Sarah French、Christina Rivera、Arismel Tena Meza、Dominick Witkowski，以及Ken Houk。