一项大胆的化学突破可能彻底改变拯救生命药物的制造方式——从一个微小的三角形分子开始。
化学家开发出了一种利用金属卡宾生成多种高度有用化学构建模块的新方法，根据新研究显示。
卡宾通常是用于药物合成和材料开发中关键化学反应的短寿命、高活性碳原子。在实验室中，这使得卡宾特别难以生成，因为形成它们的方法有限且常常具有危险性。
俄亥俄州立大学的研究人员首次发现了一种新的方法，使生产这些金属卡宾变得容易得多。David Nagib是该研究的合著者，也是该校艺术与科学学院的杰出教授以及化学与生物化学教授。
“我们的目标一直是确定我们是否能找到别人尚未发现的新方法来获得卡宾。”他说，“因为如果你能以一种更温和的催化方式利用它们，你就能获得新的反应性，而这基本上就是我们所做的。”
研究人员通过使用铁作为金属催化剂，并将其与容易生成自由基的含氯分子结合，发现了这种卡宾合成方法。这些成分共同作用，形成了他们所需的卡宾，包括许多以前从未制造过的卡宾。然后，为了引发化学反应，这些卡宾迅速附着到另一个分子的张力键上，形成环丙烷，其形状像一个三角形。
这些三边分子片段对于药物和农用化学品的合成至关重要，部分原因在于它们的小尺寸和异常的能量。虽然有多种方法可以合成这种形状——这是药物中最常见的结构之一，但该团队的工作灵感来自于寻找最佳方法来创造它们。
“我们的实验室痴迷于尽快找到制造环丙烷的最佳方法。”Nagib说，“我们着眼于发明更好的工具来制造更好的药物，在这个过程中，我们解决了卡宾领域的一个巨大问题。”
这项研究最近发表在《科学》杂志上。在解码化学领域最重大挑战之一的同时，团队还发现他们的方法在水中也能很好地工作，这意味着金属卡宾有一天甚至可能在活细胞内可靠地生成，以发现新的药物靶点。Nagib表示，这种新方法比他的实验室在过去十年中开发的先前化学工具大约好100倍。
“我们的实验室非常注重工具开发。”他说，“对我来说，衡量一个工具是否有价值或有趣的标准是其他人是否使用它。”
团队预计他们的发现将产生巨大影响，因为对于科学家来说，获得一种新的卡宾创建和分类方法意味着当前浪费且多步骤的生产过程可以变得更简单、更安全。对于消费者而言，这种方法意味着通过这项技术开发的未来药物可能更便宜、更有效、起效更快且效果更持久。
Nagib表示，这项工作可以防止重要药物如抗生素、抗抑郁药、治疗心脏病、新冠病毒和艾滋病感染的药物出现短缺。
此外，由于该团队的工作具有开创性，他们希望确保这种变革性的有机化学工具能够被全球大小研究实验室和药物制造商所使用。Nagib表示，确保这一点并确立他们策略未来的一种最有效方式是继续改进当前的技术。
“我们在俄亥俄州立大学以最酷、最协作的方式组成了这个团队来开发这个工具，”他说，“因此，我们将继续努力，展示它可以在多少种不同类型的催化剂上发挥作用，并制造各种具有挑战性和价值的分子。”
其他俄亥俄州立大学的合著者包括Khue Nguyen、Xueling Mo、Bethany DeMuynck、Mohamed Elsayed、Jacob Garwood、Duong Ngo和Ilias Khan Rana。这项工作得到了美国国家科学基金会、美国国立卫生研究院和布朗基础科学研究所的支持。
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