尽管卡宾（carbene，也称为碳烯）是有机化学中最通用的构成单元（building block），但是这类化合物可能因为能量高而无法处理。在实验室里，化学家们经常避免使用这些高反应性分子，因为它们具有很强的爆炸性。
然而，在一项新的研究中，来自美国俄亥俄州立大学的研究人员报告了一种新的、更安全的方法，将这些短命的、高能的分子变成更稳定的分子。相关研究结果发表在2022年8月5日的Science期刊上，论文标题为“Carbene reactivity from alkyl and aryl aldehydes”。
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论文通讯作者、俄亥俄州立大学化学与生物化学教授David Nagib说，“卡宾含有大量的能量。这一点的价值在于它们可以实现其他任何方式都实现不到的化学反应。”
事实上，Nagib实验室的成员擅长利用具有这种高化学能量的试剂，并帮助发明了许多新的在化学上是无法获得的物质和技术。
在这项新的研究中，这些作者开发出由廉价的、地球上丰富的金属---比如铁、铜和钴---制成的催化剂，并将它们结合起来，以促进他们开发出这种利用卡宾的新方法。他们能够成功地使用这种新策略来引导高活性卡宾的力量，以更大的规模和比传统方法更快的速度制造出有价值的分子。Nagib将这一飞跃比作工程师们想出了如何使用钢铁而不是砖头和砂浆来建造摩天大楼。
比如，化学家们一直难以创造的一种分子特征是环丙烷（cyclopropane），即一种在某些药物中发现的由扭曲的化学键组成的小而张力较大的环。最近，环丙烷被用作名为帕克洛维德（Paxlovid）的口服抗病毒药的一种关键成分。该药物用于治疗COVID-19，通过阻止SARS-CoV-2病毒的复制而不是直接杀死它来降低这种疾病的严重性。
虽然制造这种药物所需的环丙烷一直难以大量制造，但是Nagib说，他相信他的实验室开发的这种新方法可能能够应用于更快和更大规模地制造这种药物。他说，“我们的新方法将使人们能够更好地获得数十种类型的环丙烷，以便将它们整合到各种治疗疾病的药物中。”
图片来自Organic Chemistry Frontiers, 2016, doi:10.1039/C6QO00206D。
虽然这项新的研究确实在制药领域之外有潜在的应用，比如农用化学品，但是Nagib说他最热衷的是他们的方法可能加速发现新的、有针对性的药物。他说，“从技术上讲，你可能将我们的方法应用于任何东西。但是在我们的实验室里，我们对获得新型的更有效的药物更感兴趣。”
Nagib预测，通过使用他的团队开发的工艺，目前需要10或12个步骤才能制成的化学试剂（通过具有爆炸性的中间体）可以在4或5个步骤内完成，将制造时间减少了近75%。
总体来说，Nagib说他希望这项新研究能够帮助其他化学家们完成他们的研究工作。Nagib说，“世界上有很多真正伟大的科学家在做这种类型的化学研究，并且通过使用我们的方法，他们可能会有一个更安全的实验室。这就是我们所开展的科学研究的风格，最令人满意的回报是当其他人使用我们的化学方法使重要的分子变得更好。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
Lumin Zhang et al. Carbene reactivity from alkyl and aryl aldehydes. Science, 2022, doi:10.1126/science.abo6443.
