破解卡宾密码：提速百倍的救命药研发新路径

卡宾是寿命短、高反应活性的碳原子，通常用于药物合成和材料开发的关键化学反应。在实验室中，由于生成卡宾的方法有限且通常具有危险性，使得其制备尤为棘手。

该研究合著者、俄亥俄州立大学文理学院杰出教授兼化学与生物化学系教授David Nagib表示，俄亥俄州立大学研究人员首次发现的方法使制备这些金属卡宾变得更为简便。

"我们的目标始终是探索能否开发出前人未发现的卡宾制备新方法，"他说。"因为如果能以更温和的催化方式操控卡宾，就能实现新的反应活性——这正是我们取得的成果。"

研究人员通过使用铁作为金属催化剂，将其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方法。这些组分协同作用可形成目标卡宾（包括多种前所未见的新型卡宾）。随后，这些卡宾通过应变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。

这类三角形分子碎片对药物和农用化学品的合成至关重要，部分归因于其微小尺寸和特殊能量特性。尽管存在多种方法合成这种药物中最常见的结构，但该团队的研究旨在探索最优制备途径。

"我们实验室致力于尽快开发最先进的环丙烷制备方法，"Nagib表示。"我们的核心目标是发明更先进的工具以制造更优质药物，在此过程中，我们解决了卡宾领域的一个重大难题。"

该研究成果近期发表于《科学》期刊。

在攻克化学领域最艰巨挑战之一的同时，团队发现该方法在水中同样高效。这表明未来甚至可能在活细胞内稳定生成金属卡宾，用于发现新药物靶点。据Nagib介绍，新方法的效果远超其实验室过去十年开发的化学工具约100倍。

"我们实验室本质上是工具开发实验室，"他阐述道。"对我而言，判断工具价值的核心标准在于其是否被同行广泛采纳。"

团队预期该发现将产生深远影响：对科学家而言，获取卡宾制备与分类的新途径意味着可简化目前高耗能、多步骤的生产流程并提升安全性；对消费者来说，基于该技术开发的未来药物可能更具经济性、效力更强、起效更快且持效更久。

Nagib指出，此项工作有望缓解重要药物（如抗生素、抗抑郁药）以及治疗心脏病、新冠肺炎和HIV感染药物的短缺问题。

此外，鉴于该团队成果具有突破性意义，他们致力于确保这项变革性有机化学工具能被全球各类规模的研究实验室和制药企业所用。Nagib强调，保持现有技术的持续优化是保障策略前景和实现广泛可及性的最有效途径。

"俄亥俄州立大学团队以极富协作精神的方式共同开发了这项工具，"他表示。"我们将持续加速探索其在各类催化剂上的适用性，致力于合成各种高价值挑战性分子。"

其他合作者包括Khue Nguyen、Xueling Mo、Bethany DeMuynck、Mohamed Elsayed、Jacob Garwood、Duong Ngo及Ilias Khan Rana。研究获得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支持。