多年来，如果你问那些致力于创造新药物的人们他们的愿望是什么，他们的首要愿望就是一种能够轻松地用分子中的氮原子取代碳原子的方法。

但芝加哥大学化学家发表在《科学》和《自然》杂志上的两项研究提供了两种新方法来满足这一愿望。这些发现可以使新药的开发变得更加容易。

这两篇论文的资深作者、化学副教授马克·莱文(MarkLevin)表示：“这是我成立实验室试图解决的重大挑战问题。”“我们还没有完全解决这个问题，但我们已经解决了这个问题两个重大问题，这些发现为未来奠定了明确的基础。”

身体交换

在化学中，单个原子可以对分子产生巨大的影响。将一个碳原子替换为一个氮原子，药物分子与其靶标相互作用的方式会发生巨大变化。例如，它可能会使药物更容易到达大脑，或者不太可能在途中抓住错误的蛋白质。因此，当科学家们在创造新的药物时，他们常常想尝试更换一种特定的原子。

问题是，这说起来容易做起来难。要构建一个分子，你必须一步一步地进行。如果你读到最后，但随后开始测试，并认为如果只改变一个原子，药物可能会发挥更好的作用，那么你必须回到起点并重新发明整个过程。

“需要进行成本效益分析。重新开始值得吗?还是只用现有的东西?”博士后研究员泰勒·皮尔森(TylerPearson)解释说，他是其中一项研究的第一作者。

莱文的实验室致力于寻找新的方法来对分子骨架进行微小的改变，而无需回到起始线。

在这种情况下，他们希望找到一种将碳原子交换为氮原子的方法——这种特定的交换在药物化学中非常频繁地出现。

但现有的方法取得的成功有限。“你可能会不小心删除分子中错误的碳，这会导致分子的其余部分发生变化，”研究生、另一项研究的第一作者JisooWoo说。“这会对最终分子的工作效果产生巨大影响。”

改变一个原子可能非常有用的原理也有其另一面：如果反应产生移动不同原子的意外副作用，那么该分子可能对其预期目的变得无用。

该实验室想出了两种不同的、互补的方法来解决这个问题。

删除正确的一个

研究生JisooWoo在《自然》杂志上发表的一篇论文中概述了一种方法，该方法适用于结构中附近已经有氮原子的分子。新方法利用臭氧劈开原子环，然后使用第一个氮分子“引导”第二个氮分子进入。

由皮尔逊领导的《科学》杂志上的一篇论文描述了另一种方法，该方法适用于尚不具有氮原子的分子。它可以简单地去除一个碳原子(正确的碳原子)并用氮原子取代它。

科学家们表示，这两种方法都还不够完美。但它们提供了一条以前不存在的前进道路。

莱文说，这些技术很有帮助，因为它们更符合人们在开发新药时的思维方式。“这有点像在电脑上而不是打字机上打字，”他说。“在计算机上这要容易得多，因为它可以让你按照你的想法写作，而这并不总是线性的。”

科学家们指出，这两种解决方案都涉及一些偶然性和发明。

“对我来说，这是一个很好的例子，说明了在化学领域取得突破所需的创造力，”莱文说。“在这两次事件中，我们都经历了一些突发事件，让我们看到了一些不寻常的东西，这给了我们一个可以工作的立足点。”

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