劍橋大學的研究人員發明了一種新技術，利用光而不是有毒化學物質來轉化複雜的藥物分子。這項發現可以加速藥物開發並使藥物設計過程更有效率。
該研究發表於 3 月 12 日 天然合成介紹團隊所說的反應。 「反弗里德爾-克拉夫茨」弗里德爾-克拉夫茨化學傳統上，這需要使用強大的化學物質或金屬催化劑。和惡劣的實驗室條件 由於這些要求，反應通常發生在藥物生產的早期。接下來是許多額外的化學步驟來生產最終藥物。
劍橋的新方法改變了這個過程，讓研究人員在開發後期對藥物分子進行改變。
LED 驅動的反應會產生重要的化學鍵。
不依賴重金屬催化劑，反應由LED燈在環境溫度下觸發。當光觸發反應時，它會產生一個自我維持的鏈過程，在溫和條件下形成碳-碳鍵，而無需有毒或昂貴的試劑。
實際上，這種方法允許化學家在藥物開發過程接近尾聲時定制複雜的分子。而不是把它拆掉然後一塊一塊地重建。這可能需要幾個月的時間。
「我們發現了一種對複雜藥物分子進行精確改變的新方法。改變在過去尤其困難，」第一作者、劍橋大學聖約翰學院的博士研究員 David Vahey 說。
“科學家可以花費數月時間重建分子的大部分，只是為了測試一個小的變化。現在，科學家可以從攻擊開始，然後進行小的調整，而不是對數百個分子執行多個步驟。”
「這種反應使科學家能夠在溫和的條件下進行精確的調整，而無需依賴有毒物質或昂貴的試劑。這開闢了以前難以進入的化學領域。它為藥物化學家提供了一個更清潔、更有效的工具來探索新版本的藥物。”
更快地發現藥物並減少浪費。
減少合成步驟的數量減少了化學品的使用。減少能源消耗並減少藥物開發對環境的影響也節省了研究人員的寶貴時間。
此反應具有高度選擇性。這使得化學家能夠改變分子的一部分而不干擾其他敏感區域。這種精確度很重要，因為即使是結構上的微小變化也會影響藥物在體內的作用。生物藥物如何發揮作用或是否會產生副作用
從本質上講，這些進步有助於解決基本的化學挑戰：碳-碳鍵的形成。這些鍵構成了無數物質的主幹。這包括燃料、塑膠和複雜的生物分子。
該技術還展示了化學家所說的「分辨率」。 「高官能基耐受性」意味著它可以修飾分子的一個區域，而使其他官能基保持自由。未受影響這使得該反應對於最後一英里優化特別有用。這是藥物發現的階段，科學家修改分子以提高藥物的有效性。
因為這種方法避免了重金屬。苛刻的反應條件和長的合成路線從而減少了藥物生產中的有毒廢物和能源消耗。這些環境效益變得越來越重要。這是因為化學工業正在努力減少對環境的影響。
受到永續化學研究的啟發
Vahey 在劍橋大學 Erwin Reisner 教授領導的研究小組工作。賴斯納的團隊因開發受光合作用啟發的化學系統而聞名。他們的研究探索了利用陽光將溫室中的廢棄物、水和二氧化碳轉化為有用的化學物質和燃料的方法。
優素福·哈米德化學系能源與永續發展賴斯納教授，也是這項研究的主要作者。他說，這項工作的重要性在於擴大化學家在現實條件下可以做的事情。同時，我們致力於更環保的生產技術。
“這是一種形成基本碳-碳鍵的新方法。這就是潛在影響如此之大的原因。這也意味著化學家可以避免不需要的和無效的藥物修飾過程。”
研究人員測試了與幾種藥物分子的相互作用。並已證明適用於工業化學品生產中常用的連續流動系統。與阿斯特捷利康的合作有助於評估該技術是否能夠滿足大規模藥物生產的實際和環境需求。
「將化學工業轉變為永續發展的工業是整個能源轉型中最困難的部分，」賴斯納解釋。
進步來自於失敗的實驗。
這項發現始於意想不到的實驗室結果。這與許多著名的科學發現如X射線、青黴素、威而鋼和現代減肥藥相似。
「一次又一次的失敗。我們在混亂中發現了我們沒有預料到的東西。那是一顆真正的寶石。而這一切都歸功於失敗的對照實驗，」Vahey 說。
在一項對照實驗中，當他移除光催化劑時，他對光催化劑進行了測試。並發現反應效果也很好。有時最好不要有這種反應。
乍一看，這種不尋常的產品似乎有缺陷。研究人員沒有忽視，而是選擇進一步調查。賴斯納認為，認識到意外結果的重要性是科學發現的重要組成部分。
「認識到意外的價值可能是成功科學家的關鍵特徵之一，」他說。
人工智慧有助於預測新的化學反應
「我們產生大量數據。人工智慧越來越多地被用來幫助分析這些數據。我們有可以預測反應的演算法。人工智慧之所以有用，是因為我們不希望化學家進行無休止的試驗和錯誤。但演算法只遵循給定的規則。仍然需要人類去觀察看似錯誤的東西，並詢問它是否實際上是新的東西。」
在這種情況下，Vahey 認識到了這一意外結果的潛在意義，並對其進行了進一步探討。
“大衛本可以將其視為失控，”賴斯納說，“但他停下來思考他在那一刻看到的一切，選擇調查而不是忽視。這就是發現發生的地方。”
在發現反應背後的化學成分後，團隊引入了與都柏林三一學院合作開發的機器學習模型，用於預測從未在實驗室測試過的新分子會發生反應。
透過學習已知化學反應的模式，人工智慧系統可以在實驗前模擬可能的結果。這使得研究人員能夠更快地識別潛在的分子。而且嘗試和錯誤也少了很多。
對 Vahey 來說，這項發現為科學家提供了藥物發現和開發寶貴的新能力。
他說，“哪個行業和其他研究人員接下來要做什麼？這就是未來的影響所在。對我們來說，大多數實驗室只是平均糟糕的日子。好日子就是非常好的日子。”
賴斯納補充道：“作為一名化學家，你想要美好的一天。一年中只有一兩天這可能來自於一次失敗的實驗。”
來自事故的10個著名科學發現 1.X射線（1895）
威廉·康拉德·倫琴 (Wilhelm Conrad Röntgen) 在研究流經玻璃管的電流時發現了 X 射線。他注意到附近的螢幕意外地開始發光。它揭示了一種新型輻射，使醫生無需手術即可看到人體內部。
2.放射性（1898）
居禮夫人注意到，有些鈾礦物產生的輻射比鈾本身所能解釋的還要多。這一令人驚訝的發現導致了釙和鐳的發現。並幫助建立了核子物理和化學領域。
3.硫化橡膠（1839）
當天然橡膠和硫磺的混合物意外落到熱表面上時，查爾斯·固特異發現了硫化現象。而不是熔化 橡膠背面堅固且有彈性。這一過程使橡膠在工業上實用化。並最終導致橡膠和其他產品的發展更多
4.青黴素 (1928)
亞歷山大·弗萊明在黴菌意外污染測試皿後發現了青黴素。並殺死周圍的細菌這一發現導致了第一個廣泛使用的抗生素並改變了現代醫學。
5. 聚四氟乙烯 (1938)
化學家羅伊·普朗克特 (Roy Plunkett) 在試驗冷媒氣體時意外地合成了聚四氟乙烯。這種意想不到的材料已被證明非常滑且耐熱。後來，它被廣泛應用於不沾塗層廚具和工業應用。
6.強力膠 (1942)
哈利·庫弗嘗試開發透明塑料，他創造了一種可以立即粘附到幾乎任何表面的物質。後來它被當作強力膠推向市場。廣泛應用於家庭、製造業及醫藥領域。
7.迷幻藥 (1943)
瑞士化學家阿爾伯特霍夫曼無意中吸收了少量他合成的化合物，並體驗到了其強大的心理作用。麥角酸二乙醯胺（LSD）後來在神經科學研究中發揮了重要作用。並已成為流行文化中爭論的話題。
8.脈衝星 (1967)
研究生喬斯林·貝爾·伯內爾注意到重複的無線電訊號。在分析望遠鏡數據時，起初人們認為這很麻煩。此訊號成為脈衝星存在的第一個證據。這使得中子星快速旋轉，開啟了天文物理學的新領域。
9.威而鋼（1990年代）
輝瑞公司的研究人員正在研究一種旨在治療冠狀動脈疾病的藥物。當參與者報告出意想不到的副作用時，這種化合物後來被開發成威而鋼。現在廣泛用於治療勃起功能障礙。
10. 減重註射 (2021)
開發第 2 型糖尿病治療方法的科學家發現，模擬 GLP-1 荷爾蒙的藥物也能顯著減輕體重。 Ozempic 和 Mounjaro 等藥物最初是為糖尿病患者開發的。後來它被開髮用於治療肥胖症。這被認為是體重控制指南的重大變化。
