新催化剂实现甲基化反应

近日，美国伊利诺伊大学香槟分校的研究人员发明了一种新催化剂，可使甲基取代氢原子，在药物分子上轻松完成精妙的甲基化反应，从而提高药物的效力。这一进展或可为从癌症到传染病等各种疾病的治疗提供新方法。

多年来，药物研发化学家一直在努力简化一个能将药物效力提高2 000倍的过程——神奇的甲基化。这种反应会清除单个氢原子，并以甲基替代，从而重塑药物分子，使其更容易与生物靶点相互作用。但是，这一方法说起来容易做起来难，很少有研究人员愿意去尝试。

研究人员解释说，大多数药物分子都含有1个碳骨架，通常呈棒状或环状，每个碳上都挂着多个氢原子。化学家构建药物分子时要切除特定的碳原子或氢原子，并用氧原子或氮原子取代它，若要添加1个甲基，必须从构建1个新骨架开始。基于此，研究人员试图找到一种方法在药物制造过程的最后添加1个甲基。这种方法要在剪断1个C—H键的同时，不破坏分子中其他的C—H键。而C—H键是有机分子中最强的键之一，这使得仅针对一个键动“手术”而不影响其他键变得更加困难。

在自然环境中，构建和重塑分子的方式是通过复杂的酶来完成，它们可以抓住碳氢化合物支架，这样只有1个C—H键接触到酶的催化位点。然而，每种酶通常只对1种特定的分子起作用。

研究人员希望能够找到一种类似的催化剂，在具有选择性的同时也具有普遍性。为此，他们设计了一种中心含有1个铁原子的雪花状化合物，并尝试在药物分子中的理想点上添入氧原子。实验发现，这种催化剂可以像酶一样有选择性地工作，但并不能在多分子结构上起作用，或者在靠近药物分子中最为常见的氮原子时起作用。随后，他们又设计了1种允许铁催化剂和其变体向类药物分子中添加氧原子的新条件，并制造了1种类似的锰基催化剂，在含有氮和其他常见添加剂的类药物分子上进行氧氢交换。

在上述研究基础上，研究团队终于研发出可完成“神奇甲基化”反应的催化剂，在用氧原子取代氢原子之后，从三甲基铝的试剂中窃取1个甲基并将其插入氧原子的位置。他们已经对41种不同的碳氢化合物进行了这种分子手术，其中包括16种常见的类药物支架。

这种试剂将使在药物分子中插入“神奇甲基”变得简单、廉价，如果加入甲基确实增加了药物效力，医生可能会给病人的药物减小剂量，这样可以提高用药安全性，减少副作用。