“搭積木”法可高效構建更大分子

科技日報北京6月9日電 （記者張夢然）英國劍橋大學團隊開發出一種全新的化學“搭積木”方法，能夠簡便、高效地在分子結構中添加單個碳原子，從而構建出更大分子。這項技術突破提供了一種簡單通用且可大規模推廣的分子構建策略，為藥物研發和複雜化學品設計帶來了極大便利。相關成果發表於最新一期《自然》雜誌。

該方法的核心在於，實現了一種“逐個碳原子”延伸分子鏈的全新策略。團隊將目標聚焦於烯烴——一類分子中含有碳碳雙鍵的常見有機化合物。這類結構廣泛存在於多種日常產品中，包括奎寧等抗瘧疾藥物、農業化學品以及香料等。

傳統上，向分子中添加碳原子往往需要多步反應，過程繁瑣且效率較低。而新方法採用了一種“單鍋法”的化學反應流程，大幅簡化了操作步驟，提高了適用性。其關鍵是一種基於烯丙基碸的“單碳轉移試劑”，這一化學工具設計巧妙，能夠在反應中精準地插入一個碳原子。

這種試劑首先與目標分子結合，啓動連接反應；隨後自動發生結構變化，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，穩定而高效。

為了驗證這種方法的實際效果，團隊將其應用於知名免疫抑制劑環孢菌素A的結構改造。該藥物通過與特定蛋白質結合，發揮抑制免疫系統過度反應的作用。團隊成功在其分子結構中加入一到兩個碳原子，製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，微小的結構改變可能顯著影響藥物的作用機制，為調控藥效提供了新的可能性。

這種對分子結構進行精細調整的能力，有望推動藥物化學領域的重大進展。因為即便是分子結構上的細微差異，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計的空間。

除了製藥領域，該技術還可廣泛應用於農業化學品、材料科學等多種行業，特別是在需要通過碳鏈結構微調性能的場景中展現出巨大潛力。

【總編輯圈點】

劍橋團隊開發了一種“單碳轉移”技術，實現了分子碳鏈的原子級組裝。科研人員可以像搭積木一樣，在化學反應中精準插入一個碳原子。奧妙在於一種“單碳轉移試劑”，它改變了需要多步反應的繁瑣方式，用兩步即可實現碳原子插入，大幅提升效率。當人們可以對分子結構進行細微調整，藥物化學領域就有了更多可能性。科研人員已將這種新方法用於環孢菌素A的結構改造。新方法加速了新分子實體的創造，也為藥物、化學、材料等多領域帶來變革。