破解卡宾密码：将救命药物研发速度提升百倍

卡宾是寿命短暂、高活性的碳原子，通常用于药物合成和材料开发的关键化学反应中。在实验室中，由于生成方法有限且往往具有危险性，卡宾的制备尤为棘手。

俄亥俄州立大学研究人员首次发现的新方法使金属卡宾的制备变得简单许多，该研究合著者、文理学院杰出教授兼化学与生物化学系教授大卫·纳吉布表示：

"我们的目标始终是探索是否存在前人未发现的卡宾制备新方法。因为如果能以更温和的催化方式控制它们，就能实现新的反应活性——这正是我们取得的成果。"

研究团队通过使用铁作为金属催化剂，并与易产生自由基的氯基分子结合，意外发现了这种卡宾制备技术。这些成分协同作用可形成目标卡宾（包括许多前所未见的类型），随后这些卡宾会通过张力键快速与另一分子结合发生化学反应，形成三角形结构的环丙烷。

这种三边分子片段对药物和农用化学品合成至关重要，部分归功于其微小尺寸和特殊能量。虽然这种医药界最常见的结构存在多种合成方式，但该团队的研究初衷正是寻找最优制备方案。

"我们实验室致力于尽快开发最优环丙烷制备方案，"纳吉布说，"我们着眼于发明更好的工具来制造更优质的药物，在此过程中解决了卡宾领域的一个重大难题。"

该研究近期发表于《科学》期刊。

在破解化学界重大挑战时，团队还发现该方法在水中同样有效，这意味着未来甚至可能在活细胞内可靠地制备金属卡宾以发现新药物靶点。据纳吉布介绍，这种新方法比其实验室过去十年开发的化学工具效率提升约100倍。

"我们实验室本质上是工具开发实验室，"他表示，"对我而言，判断工具有无价值的标准在于它是否被他人采用。"

该突破预计将产生深远影响：对科学家而言，这种卡宾制备与分类新方法将简化目前繁琐危险的多步生产工艺；对消费者而言，基于该技术开发的未来药物可能更经济、高效、速效且长效。

纳吉布指出，这项技术有望缓解抗生素、抗抑郁药，以及治疗心脏病、新冠肺炎和HIV感染等重要药物的短缺问题。

鉴于该研究的突破性，团队致力于确保全球大小研究实验室和制药商都能使用这项变革性有机化学工具。纳吉布表示，持续优化现有技术是确保策略前景的最有效方式。

"俄亥俄州立大学团队以最酷、最协作的方式共同开发了这个工具，"他说，"我们将继续探索其在各类催化剂上的适用性，制备各种具有挑战性和高价值的分子。"

其他合著者包括Khue Nguyen、Xueling Mo、Bethany DeMuynck、Mohamed Elsayed、Jacob Garwood、Duong Ngo和Ilias Khan Rana。研究获得美国国家科学基金会、国立卫生研究院和布朗基础科学研究所支持。