Science：利用氧气和铜“剪刀”，生成更便宜的治疗药物

摘要：

• 加州大学洛杉矶分校的研究人员发明了一种方法，可以以通常成本的一小部分生产用于医药和农业的化学品。

• 以氧为试剂，以铜为催化剂，打破有机分子的碳-碳键，将其转化为胺，这种胺被广泛用于制药。

• 传统的金属催化使用昂贵的金属，如铂、银、金和钯，但研究人员使用了氧和铜——一种丰富的贱金属。

治疗癌症的药物通常生产非常昂贵，导致需要它们的患者花费高昂。由于加州大学洛杉矶分校的化学家们在有机化学教授Ohyun Kwon的带领下进行了开创性的研究，治疗癌症和其他严重疾病的药物价格可能很快就会大幅下降。

例如，一些抗癌药物中使用的一种化学物质每克要花费制药公司3200美元——比一克黄金贵50倍。加州大学洛杉矶分校的研究人员设计了一种廉价的方法，从一种化学物质中生产这种药物分子，每克只需3美元。他们还能够将这一过程应用于生产医药和农业中使用的许多其他化学品，而成本只是通常的一小部分。

发表在《科学》杂志上的这项壮举涉及一个被称为“氨基脱烯化”的过程。研究人员使用氧作为试剂，铜作为催化剂来破坏许多不同有机分子的碳-碳键，并用碳-氮键取代这些键，将分子转化为氨的衍生物，称为胺。

因为胺与活的动植物分子有强烈的相互作用，所以它们被广泛用于制药和农用化学品中。我们熟悉的胺类包括尼古丁、可卡因、吗啡和安非他明，以及多巴胺等神经递质。化肥、除草剂和杀虫剂也含有胺。

因此，人们对胺的工业生产非常感兴趣，但原料和试剂往往很昂贵，而且生产过程可能需要许多复杂的步骤才能完成。加州大学洛杉矶分校开发的这一工艺步骤更少，不需要昂贵的原料，它能以比现有方法低得多的成本生产出有价值的化学品。

“以前从来没有这样做过，”Kwon说。传统的金属催化使用昂贵的金属，如铂、银、金和钯，以及其他贵重金属，如铑、钌和铱。但我们使用的是氧气和铜，这是世界上最丰富的贱金属之一。”

这种新方法使用一种叫做臭氧的物质，这是一种强氧化剂，来破坏碳氢化合物烯烃中的碳-碳键，并使用铜催化剂将断裂的键与氮偶联，将分子变成胺。在一个例子中，研究人员仅用三个化学步骤就生产出了c-Jun n端激酶抑制剂——一种抗癌药物，而不是以前需要的12或13个步骤。因此，每克的成本可以从数千美元降低到几美元。

在另一个例子中，该方案只需要一步就可以将腺苷(一种神经递质和DNA的组成部分，每克成本不到10美分)转化为n6 -甲基腺苷胺。这种胺在控制细胞、发育和疾病过程中的基因表达方面起着至关重要的作用，其生产成本此前为每克103美元。

Kwon的研究小组能够将激素、药物试剂、肽和核苷修饰成其他有用的胺，这表明这种新方法有可能成为药物制造和许多其他行业的标准生产技术。

这项研究由美国国立卫生研究院资助。