化学家开发出一种新方法，通过利用金属卡宾生成多种高度有用的化学构建模块，这可能提升药物合成和材料开发的效率。
卡宾是一类寿命短、反应性高的碳原子，通常用于药物合成和材料开发中的关键化学反应。在实验室中，卡宾的生成较为困难，因为现有方法有限且通常具有危险性。
俄亥俄州立大学的研究人员首次发现了一种更简便的方法来生成这些金属卡宾。研究共同作者、文理学院杰出教授、化学与生物化学教授大卫·纳吉布（David Nagib）表示：“我们的目标一直是确定是否能找到别人尚未发现的新方法来获取卡宾。如果你能以更温和的催化方式加以利用，你就能获得新的反应性，而这正是我们所做的。”
研究人员使用铁作为金属催化剂，并将其与基于氯的分子结合，后者可以轻松生成自由基。这些成分共同作用，形成了他们所需的卡宾，包括许多以前从未合成过的卡宾。随后，这些卡宾迅速附着到另一个分子上，形成一个具有张力键的环丙烷结构，其形状为三角形。
这种三边分子片段对药物和农用化学品的合成至关重要，部分原因在于其体积小和能量特性。尽管已有多种方法可以合成这种在药物中常见的结构，但研究团队的灵感来自于寻找最佳合成方法的目标。
纳吉布表示：“我们实验室一直致力于尽快开发出最佳的环丙烷合成方法。我们致力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重大难题。”
这项研究最近发表在《科学》（Science）杂志上。
在解决化学领域最棘手的挑战之一时，研究团队还发现，他们的方法在水中也能很好地运行，这表明未来金属卡宾甚至可能在活细胞内部可靠生成，以发现新的药物靶点。纳吉布指出，这种新方法比其实验室在过去十年中开发的其他化学工具效果高出约100倍。
他表示：“我们实验室非常注重工具开发。对我来说，衡量其价值和有趣程度的标准，是其他人是否使用你的工具。”
研究团队预计，他们的发现将产生巨大影响，因为对科学家而言，获取新的卡宾生成和分类方法意味着目前浪费且多步骤的生成过程可以变得更加简单和安全。对于消费者来说，这意味着通过这项技术开发的未来药物可能更便宜、更有效、起效更快且作用时间更长。
纳吉布表示，这项技术还可能防止抗生素、抗抑郁药以及治疗心脏病、新冠和艾滋病药物的短缺。
此外，由于这项研究具有开创性意义，研究团队希望确保这一革命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广泛使用。纳吉布表示，确保这一点并确立该策略未来发展的最有效方式是继续改进现有技术。
他说：“我们在俄亥俄州立大学的团队以最酷、最具协作性的方式共同开发了这一工具。因此，我们将继续努力，展示它能在多少种不同类型的催化剂上发挥作用，并制造出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。这项研究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资助。
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