科学家通过碳氮原子交换在分子编辑领域取得新突破，成功实现吲哚向苯并咪唑的直接转化。这种简单的原子交换采用一锅法操作，为设计药用相关分子提供了便捷高效的新途径。相关成果已发表于《自然·化学》期刊。
单原子交换反应需同时选择性地形成与断裂多个化学键，因此这类反应相当罕见且具挑战性。苏黎世联邦理工学院的研究团队通过利用富电子吲哚环易发生维特科普氧化的特性攻克了这一难题。该步骤可使富电子环开环形成二羰基中间体，从而为后续级联反应创造入口。
该一锅法碳氮原子直接交换策略仅需两种易得试剂——二乙酸碘苯(III)和氨基甲酸铵，即可将N-烷基吲哚转化为苯并咪唑。转化过程在室温下30分钟内即可完成。研究者指出，所得苯并咪唑在代谢稳定性、生物活性和结构多样性方面均有提升，使其在药物研发领域具有突出应用价值。
截至2024年，吲哚在FDA批准药物所含氮杂环中位列第六，其广泛应用可能源于天然治疗性生物碱中的高丰度。然而吲哚骨架在药物研发中素以难以处理著称，其易氧化特性常引发毒性问题并导致不良的吸收-分布-代谢-排泄通路。
研究表明，将含吲哚药物转化为苯并咪唑不仅能增强药物分子在体内的稳定性，还可提升其药效。现有转化方法多依赖不切实际的多步流程，缺乏简单有效方案。例如常见转化需底物预活化——即在骨架编辑前对起始材料进行化学修饰，该步骤不仅难以实现，更因阻碍药物分子后期改造而限制反应适用性。
本研究团队通过利用吲哚骨架的天然反应活性，成功省去预活化环节，创建出适用于药物研发的碳氮原子交换新方法。该转化历经四步级联反应：首步维特科普氧化生成二羰基中间体；随后该中间体与氨基甲酸铵发生氧化酰胺化反应，引入伯酰胺形式的氮官能团；继而二乙酸碘苯(III)介导的霍夫曼型重排移除一个碳原子并用氮原子替代；最终环化恢复芳香性，形成苯并咪唑骨架。
该策略的独特优势在于对多种官能团的广泛耐受性。通过成功转化15种类药物分子，研究者证实了这种新型原子交换技术在药物研发中的即时应用潜力。
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