纽约州立大学水牛城分校的一项研究利用可见光帮助以更少步骤构建更复杂的药物分子。该方法涉及蓝光LED灯在溶液中激活催化剂。图片来源：Meredith Forrest Kulwicki/纽约州立大学水牛城分校
在药物研发中，快速构建复杂分子是关键所在。
化学家希望分子具有日益复杂的三维原子结构，因为这些结构在人体内可能更具效力和选择性，但构建这种复杂性所需的额外化学步骤会耗费时间和金钱。
事实证明，可以使用一些出人意料的简单工具以更少的步骤构建分子复杂性：现成的蓝光LED灯和商业可得的化学构建模块，后者是大二有机化学学生熟悉的物质。
这是纽约州立大学水牛城分校联合主导的一项新研究的发现，该研究于周四（7月9日）发表在《科学》杂志上。
研究人员将熟悉的化学构建模块——具有碳-卤素键的分子——与光激活催化剂混合。当被蓝光LED灯照射时，催化剂暂时将分子转化为更具反应性的形式。这使得研究人员能够修改两个相邻的碳原子，而不是通常的一个。
"我们利用可见光的相对温和条件，扩展了化学家对长期有机化学基础物质的应用范围，"纽约州立大学水牛城分校文理学院化学系助理教授、通讯作者帕特里夏·Z·穆萨基奥博士表示，"我们希望这能为化学家提供一条更快捷的途径，以获得药物研发所需的复杂分子。"
这项工作是与穆萨基奥先前工作的伍斯特理工学院以及宾厄姆顿大学合作完成的。研究得到了美国国立卫生研究院下属的国家普通医学科学研究所和国家科学基金会ACCESS项目的资助。
一石二鸟
碳原子构成了大多数小分子药物的骨架。通过改变附着在这些碳原子上的基团，化学家可以改变药物的形状和行为。
这就是为什么具有碳-卤素键的分子如此有价值的起点。卤素原子可以从碳原子上轻松移除并替换为另一组原子，这是本科有机化学中常教的反应。
传统上，该反应仅改变卤素所附着的碳原子。相邻的碳原子保持不变。
穆萨基奥及其团队的方法改变了这一点。光催化剂暂时打开了一扇窗口，使新的原子组也可以添加到相邻的碳原子上。
"优势在于一次反应获得两次修饰，而通常只能获得一次修饰，"该研究的另一位通讯作者、宾厄姆顿大学化学系副教授詹妮弗·赫希博士表示，"在创建小分子药物时，用更少的步骤实现更多变化至关重要。"
光之盒
穆萨基奥的实验室充满了蓝光LED灯——与室内花园和鱼缸中使用的灯光相同。
这些灯被放置在架子上的小隔间内，团队将其称为"水牛城盒子"。在这些盒子内，蓝光LED激活每个试管中的催化剂，开始反应，最终使得两个相邻的碳原子可以被修饰，而不是仅一个。
使用可见光比许多使用高能量紫外线(UV)的传统光化学方法更为温和。
"紫外线可能会降解或分解我们正在制造的有机分子，因此可见光是一种温和得多的方法，"穆萨基奥表示。
穆萨基奥表示，这种方法最终也可能适用于其他类型的分子转化。团队计划与制药公司合作，探索如何将该方法定制用于特定药物靶点。
"希望不仅能够更快地制造药物，还能制造更复杂的药物，以针对更具挑战性的医疗目标，"她表示。
其他合著者包括纽约州立大学水牛城分校化学系教授大卫·沃森，以及该校化学研究生张宇飞、哈米德·比西里尤、阿隆·努德勒和本杰明·帕拉施。
出版详情
张宇飞等，《通过烯烃自由基阳离子生成实现烷基C-X合成子的邻位二取代》，《科学》(2026)。DOI: 10.1126/science.aef0766
期刊信息：
《科学》
由纽约州立大学水牛城分校提供
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