科技日報記者 張夢然

英國劍橋大學(xué)團隊開發(fā)出一種全新的化學(xué)“搭積木”方法，能夠簡便、高效地在分子結(jié)構(gòu)中添加單個碳原子，從而構(gòu)建出更大分子。這項技術(shù)突破提供了一種簡單通用且可大規(guī)模推廣的分子構(gòu)建策略，為藥物研發(fā)和復(fù)雜化學(xué)品設(shè)計帶來了極大便利。相關(guān)成果發(fā)表于最新一期《自然》雜志。

該方法的核心在于，實現(xiàn)了一種“逐個碳原子”延伸分子鏈的全新策略。團隊將目標聚焦于烯烴——一類分子中含有碳碳雙鍵的常見有機化合物。這類結(jié)構(gòu)廣泛存在于多種日常產(chǎn)品中，包括奎寧等抗瘧疾藥物、農(nóng)業(yè)化學(xué)品以及香料等。

傳統(tǒng)上，向分子中添加碳原子往往需要多步反應(yīng)，過程繁瑣且效率較低。而新方法采用了一種“單鍋法”的化學(xué)反應(yīng)流程，大幅簡化了操作步驟，提高了適用性。其關(guān)鍵是一種基于烯丙基砜的“單碳轉(zhuǎn)移試劑”，這一化學(xué)工具設(shè)計巧妙，能夠在反應(yīng)中精準地插入一個碳原子。

這種試劑首先與目標分子結(jié)合，啟動連接反應(yīng)；隨后自動發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，在原位完成碳原子的添加。整個過程就像搭積木一樣，一塊接一塊，穩(wěn)定而高效。

為了驗證這種方法的實際效果，團隊將其應(yīng)用于知名免疫抑制劑環(huán)孢菌素A的結(jié)構(gòu)改造。該藥物通過與特定蛋白質(zhì)結(jié)合，發(fā)揮抑制免疫系統(tǒng)過度反應(yīng)的作用。團隊成功在其分子結(jié)構(gòu)中加入一到兩個碳原子，制備出多個新型衍生物。這些新版本的藥物仍能與目標蛋白結(jié)合，其中一些保留了免疫抑制活性，而另一些則失去了該功能。這表明，微小的結(jié)構(gòu)改變可能顯著影響藥物的作用機制，為調(diào)控藥效提供了新的可能性。

這種對分子結(jié)構(gòu)進行精細調(diào)整的能力，有望推動藥物化學(xué)領(lǐng)域的重大進展。因為即便是分子結(jié)構(gòu)上的細微差異，也可能帶來藥效、毒性或代謝特性方面的巨大變化。此外，該方法還允許引入多種功能性基團，從而進一步拓展分子設(shè)計的空間。

除了制藥領(lǐng)域，該技術(shù)還可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)化學(xué)品、材料科學(xué)等多種行業(yè)，特別是在需要通過碳鏈結(jié)構(gòu)微調(diào)性能的場景中展現(xiàn)出巨大潛力。

總編輯圈點

劍橋團隊開發(fā)了一種“單碳轉(zhuǎn)移”技術(shù)，實現(xiàn)了分子碳鏈的原子級組裝?？蒲腥藛T可以像搭積木一樣，在化學(xué)反應(yīng)中精準插入一個碳原子。奧妙在于一種“單碳轉(zhuǎn)移試劑”，它改變了需要多步反應(yīng)的繁瑣方式，用兩步即可實現(xiàn)碳原子插入，大幅提升效率。當(dāng)人們可以對分子結(jié)構(gòu)進行細微調(diào)整，藥物化學(xué)領(lǐng)域就有了更多可能性?？蒲腥藛T已將這種新方法用于環(huán)孢菌素A的結(jié)構(gòu)改造。新方法加速了新分子實體的創(chuàng)造，也為藥物、化學(xué)、材料等多領(lǐng)域帶來變革。