破解卡宾密码：提速100倍研发救命药物的新路径

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中至关重要的化学反应。在实验室中，这使得卡宾的制备尤为棘手，因为其形成方法有限且通常具有危险性。

该研究的合著者、俄亥俄州立大学文理学院杰出教授暨化学与生物化学教授 David Nagib 表示，俄亥俄州立大学的研究人员首次发现了一种新方法，使生产这些金属卡宾变得容易得多。

他说："我们的目标始终是寻找他人未曾发现的新方法来获取卡宾。因为如果能以更温和的催化方式利用它们，就能实现新的反应活性——这正是我们的成果。"

研究人员采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，从而发现了这种卡宾制备技术。这些成分协同作用形成目标卡宾（包括许多前所未见的新结构），随后卡宾迅速与另一分子形成应变键，产生三角形结构的环丙烷，从而引发化学反应。

这类三角形分子片段因体积小且具有独特能量特性，在药物和农用化学品合成中至关重要。尽管合成这种（医药中最常见结构之一）的方法众多，但该团队的研究源于寻求最优制备方案的探索。

Nagib 指出："我们实验室致力于尽快开发出最优的环丙烷制备方法。我们着眼于创造更优工具以制造更佳药物的目标，并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《Science》。

在攻克化学界最严峻挑战之一的同时，团队发现该方法在水中同样有效，这表明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 Nagib 介绍，这项新技术比其实验室过去十年开发的化学工具效能提高约 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，衡量其价值的核心标准在于他人是否采用你的工具。"

研究人员预期该发现将产生深远影响：对科学家而言，获得制备和分类卡宾的新方法意味着当前高耗能、多步骤的生产流程可变得更简单安全；对消费者来说，该技术开发的未来药物可能具备成本更低、效力更强、起效更快、持续时间更长的优势。

Nagib 表示，该成果有望避免重要药物（如抗生素、抗抑郁药以及治疗心脏病、新冠肺炎和 HIV 感染的药物）的短缺问题。

此外，鉴于该研究的突破性，团队致力于确保这款革命性的有机化学工具能被全球大小型研究实验室及药品制造商广泛获取。Nagib 强调，保证技术可及性并确立其未来发展的最有效途径是持续优化现有工艺。

"俄亥俄州立大学团队以最酷、最具协作性的方式共同开发了这项工具，"他总结道，"我们将继续加速探索其在各类催化剂上的普适性，以合成各种高难度、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。本研究获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资助。