过渡金属催化与配体：基于新配体的设计来发展高效催化有机反应和合成方法
催化是解决健康、能源等领域重大问题离不开的关键技术手段。配体是影响催化剂活性与选择性的关键因素。基于新原理的催化剂和创新结构配体的设计可以促进新反应类型的发现或更高效、更绿色催化反应的优化。我们首次将N,B-双齿配体引入均相催化领域，发展了广谱、高效的惰性C–H键直接硼化反应，从简单的烃类原料一步可以制备药物、材料合成中广泛使用的有机硼化合物。
手性在生命进化和人类健康领域扮演了重要作用。不对称金属催化反应是选择性制备手性物质如药物分子的重要方法，而实现这种选择性的关键在于手性配体。有一类历史悠久、应用广泛的配体，即吡啶类配体，一直缺乏有效的手性版本。我们在深入分析这类手性配体的挑战基础上，通过从头设计、合成，建立了含有刚性[6-5-3]稠环的新骨架手性吡啶结构单元，以及一系列配体。这些配体在多种类型催化反应中都表现出优秀的活性和选择性，有望为利用吡啶配体的药物合成反应提供新的有效技术。
有机硼化学：发展有机硼化合物的合成方法及新型硼试剂、硼催化剂
硼是介于金属和非金属之间的轻主族元素，这使得有机硼具有独特的化学、物理性质，在创新药物、功能材料领域都有广泛的应用。我们针对传统有机硼制备中存在的一些局限，设计和发展更加绿色、普适的有机硼合成反应。在许多情况下，还需要首先找到合适的硼试剂，为引入硼元素提供方便的工具。目前，我们已经报道了一系列有效金属催化、光催化的硼化反应。
传统上硼化合物常用作路易斯酸催化剂，但由于一般价态不能变化，难以用于类似过渡金属的催化反应。我们提出一种新催化原理，利用吡啶配体稳定的硼中心自由基产生了类过渡金属的催化作用，促进了一系列可以快速合成复杂环状分子的反应。
生物活性分子的合成与药物研发：利用新颖高效的合成方法制备、发现和优化具有药用价值的小分子
有机硼化合物已经成为新药研发中独特的一部分。例如，硼中子俘获治疗（BNCT）是一种利用药物和中子束双靶向的精准、副作用小、具有重大潜力的恶性肿瘤放射治疗手段，研发符合BNCT需求，含硼-10同位素的药物是当前重大需求。我们利用高效的有机硼合成方法，构建具有靶向作用的含硼小分子，与其他科学家合作一起开发有效的BNCT药物。
许多天然化合物具有优秀生物活性，一直是人类对抗疾病的有效药物来源。我们选择具有治疗潜力的天然产物，通过合成、修饰来寻找优化的药物。例如，巴豆烷、瑞香烷二萜是具有多种生物作用的一大家族天然产物，但其高度复杂的结构阻碍了药物研发。其中，prostratin是一个通过“shock and kill”途径有望根治艾滋病的分子，我们通过有效、模块化的合成策略，完成了它的首次全合成。
流动化学：传统化工和制药工业采用间歇式釜式反应，存在高危险、高能耗、低效率等许多问题。与此相比，连续流动微通道反应则具有本质安全、绿色、高效、无放大效应、易于自动化、重复性高等许多优势，因此代表了未来化学工业发展的趋势。本课题组将化学与工程充分结合起来，设计和利用连续流动微通道装置，完成在传统间歇式条件下难以实现的反应，或开发更加安全、绿色的方法。例如，我们发现和发展了连续流动光照条件下芳基硼酸酯的制备新反应。该反应具有官能团兼容性好、对水不敏感、操作简单、可放大等特点，避免了传统制备方法中无水溶剂、敏感试剂或贵金属催化剂的使用。
