盡管卡賓（carbene，也稱為碳烯）是有機化學(xué)中最通用的構(gòu)成單元（building block），但是這類化合物可能因為能量高而無法處理。在實驗室里，化學(xué)家們經(jīng)常避免使用這些高反應(yīng)性分子，因為它們具有很強的爆炸性。

然而，在一項新的研究中，來自美國俄亥俄州立大學(xué)的研究人員報告了一種新的、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，“卡賓含有大量的能量。這一點的價值在于它們可以實現(xiàn)其他任何方式都實現(xiàn)不到的化學(xué)反應(yīng)?！?/p>

事實上，Nagib實驗室的成員擅長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)上是無法獲得的物質(zhì)和技術(shù)。

在這項新的研究中，這些作者開發(fā)出由廉價的、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，以促進(jìn)他們開發(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，通過阻止SARS-CoV-2病毒的復(fù)制而不是直接殺死它來降低這種疾病的嚴(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，他相信他的實驗室開發(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，“我們的新方法將使人們能夠更好地獲得數(shù)十種類型的環(huán)丙烷，以便將它們整合到各種治療疾病的藥物中?！?/p>

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

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

Nagib預(yù)測，通過使用他的團(tuán)隊開發(fā)的工藝，目前需要10或12個步驟才能制成的化學(xué)試劑（通過具有爆炸性的中間體）可以在4或5個步驟內(nèi)完成，將制造時間減少了近75%。

總體來說，Nagib說他希望這項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，“世界上有很多真正偉大的科學(xué)家在做這種類型的化學(xué)研究，并且通過使用我們的方法，他們可能會有一個更安全的實驗室。這就是我們所開展的科學(xué)研究的風(fēng)格，最令人滿意的回報是當(dāng)其他人使用我們的化學(xué)方法使重要的分子變得更好?！保ㄉ锕?Bioon.com）

參考資料：

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