称为环丙烷的化学结构可以提高许多药物的效力并微调其特性，但创建这种结构的传统方法仅适用于某些分子，并且需要高反应性(潜在爆炸性)成分。

现在，来自宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员已经确定并展示了一种安全、有效和实用的方法，可以使用以前未描述的化学过程在多种分子上产生环丙烷。随着进一步的发展，这种新方法(8 月 4 日发表在《科学》杂志上的一篇论文中所描述的)可能会改变药物开发和创造过程 中这一重要过程的发生方式。

环丙烷是美国食品和药物管理局目前批准的许多药物的一个关键特征，包括用于治疗 COVID-19、哮喘、丙型肝炎和 HIV/艾滋病的药物。这些结构可以增加药物的效力，改变其在体内溶解的能力，最大限度地减少其与非预期目标的相互作用，并以其他方式微调性能。环丙烷是由三个相连的碳原子组成的环，其中一个碳连接到药物分子的其余部分，另外两个碳分别连接到两个氢原子。

“环丙烷是许多药物的重要组成部分，将它们添加到候选药物中可能是药物发现过程的重要组成部分，”宾夕法尼亚州立大学埃伯利科学学院化学教授兼研究团队负责人拉梅什·吉里(Ramesh Giri)说。

“之前改进环丙烷生产的努力主要集中在改变 60 多年前的机械途径。我们从不同的角度解决了这个问题，并确定了一条简单、实用且广泛适用的全新途径。”

新方法将用于合成许多分子的烯烃化合物的特定化学结构转化为环丙烷。该方法利用了“自由基化学”，其中反应的中间步骤留下一些带有不成对电子的碳原子，称为自由基，推动反应向前进行。这种特定方法使用可见光来引发反应，并使用常见的化学成分，包括氧气。

制造环丙烷的传统方法需要高反应性且难以获取的成分，并且必须在受控条件下进行，并且所得化合物的保质期通常很短。这些不稳定的成分对于在称为卡宾的过程中生产中间化合物至关重要，卡宾是一种具有两个不成对电子的高活性碳原子。新方法完全绕过卡宾中间体，一次产生一个不成对的电子作为自由基。

吉里说：“该途径中使用的所有成分都是市售的或易于在实验室中制造，不需要任何特殊的安全预防措施，并且最终产品可以长期保存。” “我们可以将所有成分添加到一种混合物中，同时暴露在氧气含量低至 10% 的空气中，并且一步完成。该反应非常简单且安全，我们甚至计划将其作为本科生课程的一部分。化学实验室。”

传统方法的另一个缺点是它们通常不适用于复杂的分子。因此，环丙烷通常在合成早期安装，此时分子不太复杂，但后续步骤可能会导致环打开，随后尝试制造分子衍生物将需要回溯到那些早期步骤。

利用这种新方法，研究人员成功地将多种复杂性各异的烯烃转化为环丙烷，其中包括类固醇雌酮、青霉素和维生素 B 等药学相关化合物。

“我们探索了人们在药物合成过程中可能遇到的分子复杂性的整个范围，”吉里说。“在某些情况下，传统方法可能能够开发出相同的最终产品，但需要更多步骤。在其他情况下，传统方法将无法创建这些产品，因为起始烯烃太敏感或太复杂。新方法与传统方法相比，不仅更安全、更高效、更实用，而且应用范围更广。”

反应中的一些成分也可以被替换，以在最终产品中添加额外的化学基团，以实现各种治疗目标。该反应的成分之一是一种称为亚甲基的化合物。市售有数百种不同的亚甲基，每种亚甲基都具有使其成为亚甲基的特定化学基团以及其他不同的基团，理论上可以在创建环丙烷时将其添加到烯烃中。研究人员使用 19 种不同的亚甲基化合物展示了新方法的广度。

吉里说：“利用基于可见光的反应和自由基化学，利用亚甲基将烯烃转化为环丙烷的想法乍一看似乎违反直觉，这就是为什么彻底演示这种新的催化方法对我们来说如此重要。” “关键的见解是将氧气引入反应中，这有助于产生自由基，然后与烯烃相互作用。我的实验室一直在研究使用烯烃产生自由基的其他反应，并想知道是否可以将相同的想法应用于制造环丙烷。 ”

接下来，吉里和他的实验室计划扩大该方法的规模，使其在工业上可行。

他说：“随着未来的发展和扩大规模，这种方法有可能改变烯烃环丙烷化的方式，这可能对药物发现、开发和创造产生重要影响。”

除了 Giri 之外，宾夕法尼亚州立大学的研究团队还包括博士后研究员 Dhruba Poudel、研究时的博士后研究员 Amrit Pokhrel、研究时的博士后研究员 Raj Kumar Tak 和博士后研究员 Majji Shankar。

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