盡管卡賓（carbene，也稱(chēng)為碳烯）是有機(jī)化學(xué)中最通用的構(gòu)成單元（building block），但是這類(lèi)化合物可能因?yàn)槟芰扛叨鵁o(wú)法處理。在實(shí)驗(yàn)室里，化學(xué)家們經(jīng)常避免使用這些高反應(yīng)性分子，因?yàn)樗鼈兙哂泻軓?qiáng)的爆炸性。

然而，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的研究人員報(bào)告了一種新的、更安全的方法，將這些短命的、高能的分子變成更穩(wěn)定的分子。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2022年8月5日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Carbene reactivity from alkyl and aryl aldehydes”。

論文通訊作者、俄亥俄州立大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)教授David Nagib說(shuō)，“卡賓含有大量的能量。這一點(diǎn)的價(jià)值在于它們可以實(shí)現(xiàn)其他任何方式都實(shí)現(xiàn)不到的化學(xué)反應(yīng)?！?/p>

事實(shí)上，Nagib實(shí)驗(yàn)室的成員擅長(zhǎng)利用具有這種高化學(xué)能量的試劑，并幫助發(fā)明了許多新的在化學(xué)上是無(wú)法獲得的物質(zhì)和技術(shù)。

在這項(xiàng)新的研究中，這些作者開(kāi)發(fā)出由廉價(jià)的、地球上豐富的金屬---比如鐵、銅和鈷---制成的催化劑，并將它們結(jié)合起來(lái)，以促進(jìn)他們開(kāi)發(fā)出這種利用卡賓的新方法。他們能夠成功地使用這種新策略來(lái)引導(dǎo)高活性卡賓的力量，以更大的規(guī)模和比傳統(tǒng)方法更快的速度制造出有價(jià)值的分子。Nagib將這一飛躍比作工程師們想出了如何使用鋼鐵而不是磚頭和砂漿來(lái)建造摩天大樓。

比如，化學(xué)家們一直難以創(chuàng)造的一種分子特征是環(huán)丙烷（cyclopropane），即一種在某些藥物中發(fā)現(xiàn)的由扭曲的化學(xué)鍵組成的小而張力較大的環(huán)。最近，環(huán)丙烷被用作名為帕克洛維德（Paxlovid）的口服抗病毒藥的一種關(guān)鍵成分。該藥物用于治療COVID-19，通過(guò)阻止SARS-CoV-2病毒的復(fù)制而不是直接殺死它來(lái)降低這種疾病的嚴(yán)重性。

雖然制造這種藥物所需的環(huán)丙烷一直難以大量制造，但是Nagib說(shuō)，他相信他的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的這種新方法可能能夠應(yīng)用于更快和更大規(guī)模地制造這種藥物。他說(shuō)，“我們的新方法將使人們能夠更好地獲得數(shù)十種類(lèi)型的環(huán)丙烷，以便將它們整合到各種治療疾病的藥物中?！?/p>

圖片來(lái)自O(shè)rganic Chemistry Frontiers, 2016, doi:10.1039/C6QO00206D。

雖然這項(xiàng)新的研究確實(shí)在制藥領(lǐng)域之外有潛在的應(yīng)用，比如農(nóng)用化學(xué)品，但是Nagib說(shuō)他最熱衷的是他們的方法可能加速發(fā)現(xiàn)新的、有針對(duì)性的藥物。他說(shuō)，“從技術(shù)上講，你可能將我們的方法應(yīng)用于任何東西。但是在我們的實(shí)驗(yàn)室里，我們對(duì)獲得新型的更有效的藥物更感興趣?！?/p>

Nagib預(yù)測(cè)，通過(guò)使用他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的工藝，目前需要10或12個(gè)步驟才能制成的化學(xué)試劑（通過(guò)具有爆炸性的中間體）可以在4或5個(gè)步驟內(nèi)完成，將制造時(shí)間減少了近75%。

總體來(lái)說(shuō)，Nagib說(shuō)他希望這項(xiàng)新研究能夠幫助其他化學(xué)家們完成他們的研究工作。Nagib說(shuō)，“世界上有很多真正偉大的科學(xué)家在做這種類(lèi)型的化學(xué)研究，并且通過(guò)使用我們的方法，他們可能會(huì)有一個(gè)更安全的實(shí)驗(yàn)室。這就是我們所開(kāi)展的科學(xué)研究的風(fēng)格，最令人滿(mǎn)意的回報(bào)是當(dāng)其他人使用我們的化學(xué)方法使重要的分子變得更好。”（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

Lumin Zhang et al. Carbene reactivity from alkyl and aryl aldehydes. Science, 2022, doi:10.1126/science.abo6443.