剑桥大学的一个化学家团队开发出了一种强大的新方法，可以更轻松地将单个碳原子添加到分子中，提供一种简单的一步式方法，可以加速药物发现和复杂化学产品的设计。

这项研究最近发表在《自然》杂志上，题为《烯烃的单碳同系化》，揭示了一种突破性的分子链延伸方法——一次延伸一个碳原子。该技术针对的是烯烃，这是一种常见的分子类型，其特征是两个碳原子之间有一个双键。烯烃广泛存在于各种日常用品中，从奎宁等抗疟药物到农用化学品和香料。

这项工作由剑桥大学尤瑟夫·哈米德化学系的马库斯·格罗科特博士和马修·冈特教授领导，用一种与多种分子兼容的单锅反应取代了传统的多步骤程序。

Grocott 博士解释说：“烯烃是化学中常见且非常有用的结构，但到目前为止，还没有一种简单的方法可以选择性地在其中添加一个碳原子。”

这种新方法的关键在于一个精心设计的组件——一种基于烯丙基砜“1-碳转移试剂”的精巧化学工具，旨在一次添加一个碳原子。首先，这种特殊设计的分子会附着在目标化合物上，并启动将它们结合在一起的反应。然后，它会快速重塑自身，最终在原位添加一个额外的碳原子——就像将一块新的乐高积木卡在不断生长的链条上一样。

“这是一个巧妙而简单的设计，”冈特说。“分子的每个部分都有特定的作用。一部分帮助触发最后一步，另一部分控制时间，还有一部分帮助它在开始时粘附在目标上。”

为了证明他们的新方法效果显著，科学家们在一种名为环孢菌素A的药物上进行了测试。这种药物通过粘附在体内一种特殊的蛋白质上，帮助阻止免疫系统过度反应。剑桥大学的科学家们通过添加一到两个碳原子，制造出了这种药物的新版本。这些新版本仍然粘附在蛋白质上，其中一些仍然会减缓免疫系统的活性，而另一些则不会。这意味着，在不完全关闭免疫系统的情况下，或许可以改变药物的作用机制。

“这不仅仅是延伸分子，”冈特教授说。“这为化学家提供了一种探索化学空间和解锁以前无法获得的药物变体的新方法。”

如此精准地微调分子的能力可能会给药物化学带来变革，因为即使是微小的结构变化也可能对药物在体内的作用方式产生重大影响。该方法还允许引入功能基团，从而进一步提高分子设计的灵活性。

除了制药行业之外，这种方法还可以应用于作物保护和先进材料等领域——碳链的细微变化会影响性能和功能的任何领域。

“这种新化学方法使我们能够以一种简单且广泛适用的方式控制分子结构，”Grocott博士补充道。“它为设计更智能、针对性更强的化合物打开了大门，适用于各行各业。”

过去，像这样将碳原子添加到分子中非常缓慢，而且需要许多复杂的步骤。但剑桥团队发现了一种突破性的新方法——更快、更简单，而且一次性完成。这一重大进展可以帮助科学家比以往更快、更轻松地设计新药。

更多信息： Marcus C. Grocott 等人，《烯烃的单碳同系化》，《自然》(2025)。期刊信息： 《自然》